本实用新型涉及微波干燥及热泵技术领域，公开了一种二氧化碳热泵增焓的微波干燥灭菌设备，包括润湿系统、物料输送系统、微波干燥灭菌系统、二氧化碳热泵增焓系统以及气体净化系统，润湿系统用于将待处理物料润湿，物料输送系统用于将待处理物料输运至微波干燥灭菌系统内被微波干燥灭菌后排出，干燥灭菌过程产生的湿热气体由二氧化碳热泵增焓系统降温脱湿并经气体净化系统净化后排空，微波发生器产生的热量通过二氧化碳热泵增焓系统进行冷却，二氧化碳热泵增焓系统回收微波发生器产生的热量和湿热尾气的热量预热喷淋水和待处理物料。该设备干燥灭菌效率高且效果好、利用增焓系统实现余热梯级利用和水资源循环利用、运行成本低、无环境污染。