CN105633260A - 环形热电器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环形热电元器件及其制备方法。该环形热电器件具备：沿轴向依次交替排列的多个环形P型热电元件和N型热电元件；设置于每对所述P型热电元件和N型热电元件之间的环形的隔离层；所述多个环形P型热电元件和N型热电元件之间串联连接；在各热电元件的轴向的一端设有凸台，在各热电元件的轴向的另一端设有凹槽；各热电元件的所述凸台嵌于相邻的所述隔离层的凹槽或者热电元件的凹槽内。

Description

环形热电器件及其制备方法

技术领域

本发明属于热电转换技术领域，具体地，涉及一种环形热电器件及其制备方法。

背景技术

作为一种环境友好的再生能源技术，热电转换技术近几年在国际上受到了广泛的关注。热电发电技术是利用半导体材料的塞贝克效应，直接将温差转化为电能的新技术。该技术具有可靠性高、无污染和无噪音的优点，在工业余废热和汽车尾气废热的回收利用以及军用电源等高新技术领域将具有良好的应用前景。

一个热电器件往往由多个n型和p型半导体热电元件组成。由于每个热电元件的输出电压很低，为了获得较高的电压以便于实际使用，通常用金属电极将一个n型热电元件和一个p型热电元件连接成热电单偶，然后将多个热电单偶按导电串联、导热并联的结构连接起来构成热电器件。

目前主要的热电器件构造为π形构造。在该结构中，n型和p型热电元件以导电串联和导热并联的形式集成于两个电绝缘而热传导良好的陶瓷平板之中，这种构造主要适用于平板状热源环境，即热流方向垂直于两个平行的陶瓷板。

但是，当热源为非平板状时，这种传统的π形构造热电器件就不再适用。例如汽车尾气排放管道，如采用π形热电发电模块来制造与热源相匹配的的热电发电器(US8656710B2，US2005/0172993A1，US013/0160809A1)，由于需要在热电模块表面施加力保证模块和热源之间的良好接触，从而使得发电器的结构变得非常复杂，制作成本高，而且发电器的性能和使用可靠性低。特别对于像直径为约1cm的小柱状热源，这种热电发电器的集成变得非常困难。但是对于这种柱状热源，使用环形构造热电器件就使得热电发电器的集成变得相对简单和性能变得更为优异。

在环形构造热电器件中，n型和p型环形中空热电元件沿柱状热源交替地同轴排列，彼此之间填充热和电均绝缘的材料。这种构造可以最大限度地利用柱状热源所传导的热量，故热量利用效率相对于π形构造的热电器件将大幅度提高。由于目前很多热源，如汽车尾气排放管道和深海石油输送管道等都属于非平板状热源，因此，环形构造的热电器件在实际应用中具有很大的前景。需要特别强调的是，对于汽车尾气废热发电，发电器冷端冷却通常采用汽车上现成的冷却水。将环形器件的外圆设计成热端，而内圆设计成冷端。由于液体与固体间的传热要优于气体与固体间的传热，所以利用环状器件内外圆表面的面积差异可以平衡器件在冷热端的热交换能力，这是环形热电发电器的另一个优点。

尽管环形热电发电器件的概念已经诞生了很多年，但由于热电材料性能的限制导致目前国际上与实际应用密切相关的环形构造热电器件的研究报道不多。1969年美国西屋电器公司最早报道了环形热电器件概念（Proc.4^thIntersocEnergyCouversEng.Conf.WahingtonDC,1969,NewYork,1969,300-307）。1977年美国专利US4056406公开了一种环形热电元件结构，每一个环由相同数量的n型和p型的扇形元件构成，从而可以有效地消除热电元件使用过程中的热应力影响。2000年美国专利US6096966公开了完整环形热电器件概念，报道了以Si_0.8Ge_0.2热电材料，Si为阻挡层Cu为电极的环状热电器件的制备方法。2007年Gao等人报道了用Cu作为电极连接的Bi₂Te₃热电材料环形热电模块（M.GaoandD.M.Rowe,Ring-structuredThermoelectricModule,Semicond.Sci.Technol.22(2007)880-883），其制备工艺比较复杂。美国专利US2009/0133734A1公开了一种改进的环形元件结构和制备方法，每个环的内外圆上有一个小平台以便于电极连接相邻近的环形元件。中国专利CN201310549191.2和CN201310443542.1公开了几种环形热电材料部件的形状和制备方法。中国专利CN201410039382.9公开了一种一步法快速制备环形热电元器件的方法，依据该专利环形材料部件和内外圆表面的金属化可以同时完成，为环形材料部件表面金属化的难题提供了一种可靠的途径。A.Schmitz报道了一种制备PbTe环形热电材料部件和表面金属化的方法（A.Schmitz,C.StieweandE.Muller,PreparationofRing-ShapedThermoelectricLegsfromPbTePowdersforTubularThermoelectricModules,J.Elec.Mater.,42(2013)1702-1706），集成器件时采用Ni为电极和白云母为绝缘材料，与Gao论文报道的环形热电器件结构不同之处在于金属化是在环形部件的内外圆上，而Gao论文报道的材料部件金属化是在环形侧面。另外美国专利US2012/0174567A1和中国专利CN201420052870.9公开了以环形热电器件集成的热电发电器结构，依据设计结构不同，热源可以从径向和轴向与热电元件进行热交换，与传统由π型器件集成的发电器相比，明显提高了热交换效率。

但是，现有的环形热电元件结构存在如下问题。首先，环形热电元件集成为器件时，如何确保元件集成器件后各元件的同心度问题；其次，为了确保环形热电器件在使用过程中不变形，需要在内外圆表面采用一定厚度和强度的陶瓷管（考虑耐腐蚀和电绝缘）来固定；第三，环形热电器件在内外陶瓷管固定下，大温差环境下使用时热应力不能释放将造成环形热电元件的损坏。因此，本领域迫切需要开发一种新型的环形热电元件结构，该环形热电元件结构应具有结构合理、便于规模化生产以及提高热电器件的发电效率等特点，从而促进环形构造热电器件的真正应用。

发明内容

鉴于以上所述问题，本发明的目的是要提供一种有利于成本控制、结构合理且性能优化和批量化生产工艺的环形热电元器件及其制备方法。

解决问题的手段：

为了达到上述目的，根据本发明的一方面，提供一种环形热电器件，具备：沿轴向依次交替排列的多个环形P型热电元件和N型热电元件；设置于每对所述P型热电元件和N型热电元件之间的环形的隔离层；所述多个环形P型热电元件和N型热电元件之间串联连接；在各热电元件的轴向的一端设有凸台，在各热电元件的轴向的另一端设有凹槽；各热电元件的所述凸台嵌于相邻的所述隔离层的凹槽或者热电元件的凹槽内。

根据本发明，具有可以提高环形热电元件集成同心度和生产效率的凸台和凹槽结构设计。采用本发明的热电器件结构，可以大幅提高生产效率和产品成品率，能够明显地改善环形热电器件与热源的热交换效率。本发明的环形热电元器件还具有输出稳定、可靠性高和使用寿命长的优点。

又，在本发明中，各热电元件的两侧平行平面之间的垂直距离（即高度）为2~20mm，各热电元件的内径为6~12mm，外径为13~30mm。环形热电元件的外径、内径和高度取决于热电材料性能和使用温度。

根据本发明，组装的环形热电器件可以有效地利用工业余废热资源进行发电。

又，在本发明中，所述热电元件的凸台和凹槽的直径均大于所述热电元件的内径并小于所述热电元件的外径，优选的，所述热电元件的凸台的直径比所述热电元件的内径大0.5~2mm，所述热电元件的凹槽的直径比凸台的直径大0.3~0.6mm。

根据本发明，环形P型热电元件和N型热电元件的连接工艺得到简化，且组装的热电器件中各热电元件之间的同心度好，组装效率高。

又，在本发明中，若所述隔离层没有凸台和凹槽结构，则所述隔离层的外径与所述热电元件的外径相同，而隔离层的内径较所述热电元件的凸台直径大0.5~1mm。

根据本发明，隔离层的制备工艺尤其对高硬度无机非金属材料的隔离层制备工艺得到明显简化。

又，在本发明中，所述隔离层在其轴向的一端设有凸台，在其轴向的另一端设有凹槽；所述隔离层的凸台与凹槽的直径与所述热电元件的凸台与凹槽的直径相同，且所述隔离层的外径和内径与所述热电元件的外径和内径相同。

根据本发明，针对那些有一定可加工性能的材料可以制成带凸台和凹槽的隔离层，从而提升组装热电器件的强度。

又，在本发明中，所述隔离层具有较低的热导率，不与热电材料和金属化材料反应、高温稳定性好以及与热电材料有相近的热膨胀系数。所述隔离层的材料选自氧化铝、氧化锆、氮化硼、玻璃或白云母中的一种或多种；所述材料是烧结块体材料，或者是一种或多种粉末与无机粘结剂的混合物。

根据本发明，所述隔离层材料的使用可以提高组装环形热电器件的发电功率和使用可靠性。

又，在本发明中，所述热电元件和所述隔离层的截面形状为圆形、椭圆形或多边形。内圆和外圆的形状可以相同，也可以不同。

根据本发明，环形热电器件的形状可以尽可能地吻合热源的形状，且多边形热电元件的使用使得元件的加工工艺得到简化。

又，在本发明中，在所述环形热电器件上设有沿其轴向延伸的缝隙，所述缝隙的宽度优选为0.3~1mm。

根据本发明，有意形成的缝隙可以释放脆性热电元器件在使用过程中因频繁热冲击而形成的热应力，提高热电器件的使用可靠性和使用寿命。

又，在本发明中，各热电元件的内周侧和外轴侧的金属化层以及连接各热电元件之间的导流片为连续的环形或者形成为分段结构；在形成为所述分段结构时，各分段金属化层以及导流片相距1~5mm。

根据本发明，分段结构的金属化层可以有效避免因金属化层和热电材料之间的热膨胀系数差异而导致的使用过程中的金属化层的剥离。

此外，根据本发明的另一方面，提供一种制备环形热电器件的方法，包含以下步骤：

依据环形热电元件的尺寸设计模具；

通过热压烧结、高温等离子烧结的方法获得p型和n型的单片环形热电材料部件；

采用磨抛机对所述单片环形热电材料部件的表面进行研磨抛光至规定尺寸；

采用磁控溅射、电弧喷涂或者电镀方法在环形热电材料部件的金属化区域形成一层或者多层阻挡层及电极层材料；

制备环形绝缘材料部件；

将环形热电元件与环形绝缘材料部件用无机粘结剂固定在一起，相邻环形热电元件内圆和外圆依据串联原则用镍电极或者铜电极或者与金属化层相同材料通过扩散焊接或者焊料焊接的方式连接；

器件两端焊接电流连接线；

最后整个热电器件的内外环用预先制备的陶瓷管、玻璃管或者不锈钢管进行密封固定。

其中，在该方法中，优选地，也可以在对所述单片环形热电材料部件的表面进行研磨抛光后，采用线切割方法对加工好的环形热电材料部件在高度方向形成一条贯穿的缝隙。

本发明的环形热电元件具有组装容易和准确的优点，集成的环状器件中各环形热电元件同心度高。采用本发明的环形热电元件组装器件可以提高生产效率和产品成品率。

采用本发明集成的环状热电器件，位于环形热电元件内外圆表面的固定支撑用陶瓷管或者金属管厚度大大降低，从而明显地提高了环形热电器件与热源的热交换效率。

采用本发明集成的管状热电器件，其结构本身可以释放大温差环境下形成的热应力，因而，本专利发明的环形热电元器件具有输出稳定、可靠性高和使用寿命长的优点。

根据下述具体实施方式并参考附图，将更好地理解本发明的上述内容及其它目的、特征和优点。

附图说明

图1示出了根据本发明的第一实施形态的环形热电元件的结构的示意剖面图；

图2示出了图1所示的环形热电元件的立体图；

图3示出了根据本发明的环形构造热电器件的第一实施形态的示意图；

图4是根据本发明的第二实施形态的环形热电元件的立体图；

图5是根据本发明的第三实施形态的环形热电元件的立体图；

图6是根据本发明的第四实施形态的环形热电元件立体图；

图7是根据本发明的第五实施形态的环形热电元件立体图；

图8示出了根据本发明的具有缝隙结构的环形构造热电器件。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图来说明本发明。应理解，这些实施例仅用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明提供一种结构合理且性能优异的环形构造热电器件及其制备方法。以下说明中，制备出的环形热电材料样品称为环形热电材料部件，所述部件局部表面金属化之后称为环形热电元件，所述环形热电元件通过导电电极材料、绝缘隔离材料和内外环固定材料集成的器件称为环形热电器件。环形产品内外环之间的距离称为环的厚度，环形产品两侧面之间的距离称为高度。

本发明提供了一种新型带凸台凹槽环形构造热电元件的结构（图1和图2）。环形结构材料部件1一侧有一个凸台4，另一侧有一个凹槽5。凹槽的直径略大于凸台的直径。环形材料部件的内圆环3和外圆环2表面金属化，从而形成环形热电元件。表面金属化层可以是单层电极层，也可以是阻挡层加电极层。从数量上说，表面金属化层可以是一层，也可以是多层。表面金属化采用的材料是Ti、Fe、Ag、Au、Cu、Mo、Ni、Cr、W、Ta、Nb中的一种，或以上几种元素形成的合金。表面金属化的工艺可以是烧结或者沉积技术。

本发明中，当将p型和n型所述环形元件集成管状器件时（图3），所述p型和n型环状热电元件沿热电器件的轴向交替排列，相邻两环形热电元件之间用环形绝缘部件（即隔离层）6隔开。相邻环形热电元件和环形绝缘部件的凸台和凹槽组装在一起。相邻环形热电元件依据电串联的原则由镍电极或者铜电极或者与金属化形成的电极材料相同的导流片7连接形成环形热电器件。导流片与金属化形成的电极材料层之间的连接可以采用扩散焊接和焊料焊接的方式技术。

本发明中，环形热电元件之间的绝缘材料6形状与环形热电元件可以相似，即环形绝缘材料部件外径、内径、凸台和凹槽尺寸与环形热电元件尺寸相同。环形绝缘材料部件的形状与环形热电元件的形状也可以不同，此时，环形绝缘材料部件没有凸台和凹槽结构，内径和外径尺寸与环形热电元件内径和外径尺寸相同。环形绝缘材料部件的高度为1~2mm，取决于绝缘材料成分和热性能。环形绝缘材料部件应该具有较低的热导率，不与热电材料和金属化材料反应、高温稳定性好以及与热电材料有相近的热膨胀系数，可选自氧化铝、氧化锆、氮化硼、玻璃和白云母等，这些材料或者是烧结块体材料，或者是一种或几种粉末与无机粘结剂的混合物。

又，在本发明中，环形热电元件和环形绝缘材料部件截面形状不局限于圆形。内环和外环可以是圆形、多边形、椭圆形。内环和外环的形状可以相同，也可以不同。例如，外环截面为六边形，内环截面为圆形（图4）；外环和内环界面都为六边形，凸台和凹槽截面为圆形（图5）；外环、内环、凸台和凹槽截面形状都为六边形（图6）。如此，环形管状热电器件的形状可以是圆柱体、棱柱体和椭圆柱体。

本发明中，环形热电元件的内环和外环表面金属化层以及连接环与环的导流片材料可以是完整的环形，也可以是分段结构。如果是分段结构，段与段之间的距离可以是1~5mm。

本发明中，环形热电元件沿着高度方向可以存在一条贯通的缝隙8（图7），缝隙的宽度为0.3~1mm。该缝隙的作用在于可以为温度频繁变化造成的热电元件热胀冷缩提供调整空间，从而释放热电元件内部的热应力，提高元件的使用寿命和可靠性。采用带有缝隙结构的环形元件集成环形器件时，为便于导流片焊接，所有环形热电元件和环形绝缘材料部件的狭缝对齐（图8）。

本发明中，环形热电材料部件的高度、厚度、内径和外径尺寸应该依据材料的热电性能和力学性能进行优化设计。高度范围为2~20mm，内径为6~12mm，外径为13~30mm。凸台和凹槽的直径应大于所述环形内径和小于所述环形外径，凸台直径较环内径大0.5~2mm，凹槽直径较凸台的直径大0.3~0.6mm。

本发明中，环形热电材料可以是碲化铋、填充方钴矿、碲化锌、ZrNiSn基half-Heulsler、Ba₈Ga₁₆Ge₃₀、锰酸钙、钴酸钙、钴酸钠。

此外，本发明还提供了一种制备环形热电器件的方法。依据环形元件的尺寸设计特殊模具，通过高温等离子烧结的方法获得p型和n型的单片环形热电材料部件，采用磨抛机对部件进行表面研磨抛光至指定的尺寸。采用线切割的方法对每个机械加工好的热电材料部件在高度方向形成一条贯穿的缝隙。采用磁控溅射的方法在环形材料部件的表面形成一层阻挡层材料，然后采用电镀的方法在阻挡层上面形成一层镍电极。制备与环形热电元件形状和尺寸相同的白云母绝缘材料部件，将环形热电元件与环形白云母部件用无机粘结剂固定在一起，相邻环形热电元件内圆和外圆依据串联原则用Ni电极通过扩散焊接的方式连接。器件两端焊接电流连接线。最后整个器件内外环用预先制备的氧化铝管进行密封固定。

另一种制备制备环形热电器件的方法。依据环形元件的尺寸设计特殊模具，通过高温等离子烧结技术采用一步法工艺获得p型和n型的单个锥形热电部件，即锥形材料表面含有阻挡层材料。采用电镀的方法在阻挡层上面形成一层铜电极。制备与环形热电元件形状和尺寸相同的白云母绝缘材料部件。将环形热电元件与环形白云母部件用无机粘结剂固定在一起，相邻环形热电元件内圆和外圆依据串联原则用铜电极通过扩散焊接的方式连接。在器件两端焊接电流连接线。最后整个器件内外环用预先制备的氮化铝管进行密封固定。

以下结合具体实施例对本发明进一步说明。

实施例1

本实施例的目的是制备环形方钴矿热电器件。首先按照通常方钴矿的制备工艺制备n型Ba_0.24Co₄Sb₁₂和p型Ce_0.9Fe₄Sb₁₂粉末样品。分别将粉末样品放入特制的石墨模具中，通过放电等离子烧结技术获得致密的环状方钴矿材料部件。烧结温度分别为560℃（p型）和590℃（n型）。

对烧结获得的P型和n型环形材料部件进行表面研磨抛光至设计尺寸。环形部件外径为16mm，内径为8mm，凸台直径为10mm，凸台高度1mm，凹槽直径10.3mm，凹槽深度1mm，材料部件总高度4mm。

采用线切割机在高度方向垂直于侧面形成一条宽为0.4mm的缝隙。

将环形部件的内外表面采用高纯度金刚砂进行喷砂处理，使其表面具有一定的粗糙度，以增强其与待制备阻挡层之间的结合力。在该喷砂处理中，喷砂压力可为0.2MPa，喷砂时间可为30秒。

在喷砂处理完成后，对环形热电部件进行超声清洗，以去除表面杂质。该超声清洗所用溶剂可为无水乙醇，超声清洗的时间可为5分钟。

在经过喷砂处理和/或超声清洗后的环形材料部件内外表面之上，采用电弧喷涂的方法形成一层约0.3mm的钛过渡层。

将环形部件内外环表面金属化钛之后的元件进行清洁处理，然后采用电镀工艺在表面形成一层约0.5mm的镍电极层。电镀液主盐选氨基磺酸镍，电流密度为5A/dm²，电镀时间为约20分钟。

将购买的白云母块体进行加工，除了高度为3mm之外，其余尺寸与环形材料部件的尺寸相同。

将金属化的环形元件以及白云母绝缘部件按照p型和n型元件交替排列以及环形元件和绝缘部件交替排列的原则集成一个管状的热电器件。集成时，导流片为镍片，厚度为1mm。采用焊料焊接的方式，焊料为0.1mm的Ag-Cu合金焊片。

在两端环形元件上焊接导流连接线。最后在内外环表面上用氧化铝管进行封装支撑。

实施例2

相比实施例1，实施例2的主要区别在于环形热电元件的截面形状为六边形。以下描述中省去了与实施例1相同的那些步骤的描述。

本实施例2仍然同实施例1中一样，选用n型Ba_0.24Co₄Sb₁₂和p型Ce_0.9Fe₄Sb₁₂方钴矿热电材料。

选用厚度为0.4mm铜片，对该电极片进行预处理。先表面进行喷砂处理，以除去表面的氧化物，并使其表面具有一定的粗糙度，以增强其与阻挡层之间的结合力。喷砂处理过程中，喷砂压力可为0.1MPa，喷砂时间可为30秒。

喷砂处理完成后，对该铜电极片进行超声清洗以去除表面杂质。超声清洗所用溶剂为无水乙醇，超声清洗的时间为2分钟。

经过喷砂处理和超声清洗后，采用磁控溅射方法在铜电极片的一侧溅射10μm厚度的金属钛层作为阻挡层，用以隔绝方钴矿热电材料与铜电极层的反应。

将经过上述预处理的铜电极片和热电材料粉末置入特制的梯形样品的石墨模具中，通过放电等离子烧结一个步骤获得致密的等腰梯形方钴矿元件。烧结温度分别为560℃（p型）和590℃（n型）。

对烧结获得的P型和n型等腰梯形元件表面进行研磨抛光至设计尺寸。梯形下底为8mm，上底为4mm。凸台边长为5.5mm，凸台高度1mm，凹槽边长5.6mm，凹槽深度1mm，等腰梯形元件总高度5mm。

每六个等腰梯形元件用无机胶粘剂组合成一个截面为六边形的环形元件。

将白云母粉体与无机玻璃胶粘剂混合，压制成等腰梯形白云母绝缘部件，白云母绝缘材料梯形部件上底和下底与等腰梯形方钴矿元件相应尺寸相同，没有凸台和凹槽，厚度为3mm。

每六个等腰梯形白云母部件用无机胶粘剂组合成一个截面为六边形的环形元件。

将截面六边形元件以及白云母绝缘部件按照p型和n型元件交替排列以及环形元件和绝缘部件交替排列的原则集成一个管状的热电器件。集成时，导流片为铜片，厚度为1mm。采用焊料焊接的方式，焊料为0.1mm的Ag-Cu合金焊片。

在器件两端环形元件上焊接电流连接线。最后在内外环表面上用氧化铝管进行封装支撑。

在不脱离本发明的基本特征的宗旨下，本发明可体现为多种形式，因此本发明中的实施形态是用于说明而非限制，由于本发明的范围由权利要求限定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种环形热电器件，其特征在于，具备：

沿轴向依次交替排列的多个环形P型热电元件和N型热电元件；

设置于每对所述P型热电元件和N型热电元件之间的环形的隔离层；

所述多个环形P型热电元件和N型热电元件之间串联连接；

在各热电元件的轴向的一端设有凸台，在各热电元件的轴向的另一端设有凹槽；

各热电元件的所述凸台嵌于相邻的所述隔离层的凹槽或者热电元件的凹槽内。

2.根据权利要求1所述的环形热电器件，其特征在于，各热电元件的两侧平行平面之间的垂直距离为2～20mm，各热电元件的内径为6～12mm，外径为13～30mm。

3.根据权利要求1或2所述的环形热电器件，其特征在于，所述热电元件的凸台和凹槽的直径均大于所述热电元件的内径并小于所述热电元件的外径，优选的，所述热电元件的凸台的直径比所述热电元件的内径大0.5～2mm，所述热电元件的凹槽的直径比凸台的直径大0.3～0.6mm。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的环形热电器件，其特征在于，所述隔离层没有凸台和凹槽结构，所述隔离层的外径与所述热电元件的外径相同，所述隔离层的内径比所述热电元件的凸台的直径大0.5～1mm。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的环形热电器件，其特征在于，所述隔离层在其轴向的一端设有凸台，在其轴向的另一端设有凹槽；所述隔离层的凸台与凹槽的直径与所述热电元件的凸台与凹槽的直径相同，且所述隔离层的外径和内径与所述热电元件的外径和内径相同。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的环形热电器件，其特征在于，所述隔离层的材料选自氧化铝、氧化锆、氮化硼、玻璃或白云母中的一种或多种；所述材料是烧结块体材料，或者是一种或多种粉末与无机粘结剂的混合物。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的环形热电器件，其特征在于，所述热电元件和所述隔离层的截面形状为圆形、椭圆形或多边形。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的环形热电器件，其特征在于，在所述环形热电器件上设有沿其轴向延伸的缝隙，所述缝隙的宽度优选为0.3～1mm。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的环形热电器件，其特征在于，各热电元件的内周侧和外轴侧的金属化层以及连接各热电元件之间的导流片为连续的环形或者形成为分段结构；在形成为所述分段结构时，各分段金属化层以及导流片相距1～5mm。

10.一种制备环形热电器件的方法，其特征在于，包含以下步骤：

依据环形热电元件的尺寸设计模具；

通过热压烧结、高温等离子烧结的方法获得p型和n型的单片环形热电材料部件；

采用磨抛机对所述单片环形热电材料部件的表面进行研磨抛光至规定尺寸；

采用磁控溅射、电弧喷涂或者电镀方法在环形热电材料部件的金属化区域形成一层或者多层阻挡层及电极层材料；

制备环形绝缘材料部件；

将环形热电元件与环形绝缘材料部件用无机粘结剂固定在一起，相邻环形热电元件内圆和外圆依据串联原则用镍电极或者铜电极或者与金属化层相同材料通过扩散焊接或者焊料焊接的方式连接；

器件两端焊接电流连接线；

最后整个热电器件的内外环用预先制备的陶瓷管、玻璃管或者不锈钢管进行密封固定；

其中，优选地，在对所述单片环形热电材料部件的表面进行研磨抛光后，采用线切割方法对加工好的环形热电材料部件在高度方向形成一条贯穿的缝隙。