海洋温差能是一种可再生的清洁能源，与以电能为动力的水下机器人相比，温差能驱动的自治式水下机器人具有活动范围广、航行时间长、下潜深度深等特点，具有广阔的发展前景。温差能驱动装置是一种将热能转换为机械能的装置。本文研究了温差能驱动装置的循环过程，从热力学的角度分析了它的热循环机理，给出了装置热效率的估算方法。针对装置中存在的不可逆过程，建立了不可逆卡诺热机模型以及基本优化公式，对于驱动装置的结构优化和效率的提高具有理论指导意义。温差能驱动装置中的热传导问题，是影响装置功率的关键因素。本文根据装置中热传导的特点，建立了求解相变传热的数学模型，介绍了两种求解相变热传导的方法，即焓法和热阻法。研究温差能驱动装置的关键问题是工质材料的选择。本文在对多种材料进行分析的基础上，首次采用了具有温敏特性的相变材料十六号水凝胶作为温差能驱动装置的工质材料，通过对材料特性参数的测定，验证了材料的可行性。本文研制出以十六号水凝胶作为工质材料的温差能驱动装置的试验样机，试验结果表明，该材料基本满足驱动装置的特性要求。