本发明涉及一种热离子器件，此器件包括一个用于发射热离子的发射极板,一个用于捕获热离子的接收极板,一个用于控制两个极板间隙的控制环,所述控制环与两个极板之间通过绝热绝缘层进行连接，两个极板之间的间隔隙缝通过利用控制环的热膨胀性控制在0.1～100纳米之间，两个极板、绝热绝缘层和控制环之间组成一密闭的真空腔。采用此器件可以大幅度提高热能发电的效率；另外,此器件通电后能够进行制冷，体积大大缩小，制冷效率可以达到或超过传统蒸汽压缩式制冷效率，节约能耗。