膜蒸馏技术可以在常压条件下实现料液中水分的低温分离,在海水淡化、工业废水处理和热敏料液浓缩等领域具有良好的应用优势。热泵是一种消耗少量电能便可制取多倍热能的装置,热泵可以用于提供膜蒸馏所需的热能,热泵与膜蒸馏技术的耦合能够大幅降低膜蒸馏过程的能耗;针对常规热泵膜蒸馏装置需要配备料液泵进行料液循环的不足,提出一种不需要料液泵的加热器内置型热泵气扫式膜蒸馏装置,对装置的结构和性能进行了较系统的理论分析和实验研究。提出了四种不同结构型式的加热器内置型热泵膜蒸馏装置,即膜管边置立式结构、膜管中置立式结构、膜管间置立式结构、膜管上置卧式结构;对四类结构的部件、工作流程和性能特点分别进行了介绍,并应用Ansys软件对四类结构进行了建模仿真,得到了装置的温度场与静压分布,表明膜管上置卧式结构具有较好的综合性优势。建立了膜管上置卧式结构的加热器内置型热泵膜蒸馏装置的物理模型和数学模型,编制了装置性能模拟软件,对装置性能（膜蒸馏组件膜通量、膜蒸馏组件热效率、热泵制热量、热泵制热系数、装置产水速率和装置节能倍率）随关键参数（膜管内直径、膜管根数、膜孔直径、膜孔隙率、膜管长度、空气流量、进膜管空气温度、进膜管空气相对湿度、料液温度）的变化规律展开计算分析;用响应面法对装置的关键参数进行了优化分析,并基于不同的产水速率要求,提供了三种优化方案,可为装置设计提供指导。制作了膜管上置卧式结构的加热器内置型热泵膜蒸馏实验装置,以耐温40℃左右的浆果原液为料液,在常压、低温（35～40℃）条件下进行了浓缩实验研究,得到了装置变工况性能变化规律和优化工况性能数据,在料液温度为39.6℃,空气流量为3.55m~3·h-1的优化工况下,装置产水速率为0.0387g·s-1,装置节能倍率为3.34,表明装置具有较好的节能效果;将装置性能的实测值与软件模拟值进行了对比分析,对实验装置提出了改进方向,可为装置的产业化设计和应用提供参考。