套管式換熱器結構為兩個不同直徑的圓管同心相套，也稱為徑向熱管，因為其傳熱方向為徑向。當外管外側為高溫側，內管內側為低溫側時，真空套管間隙內的熱側工質受熱汽化膨脹，與冷側工質形成高速對流，在冷側凝結，即當熱量傳遞到熱管外管時，工作介質吸熱蒸發，流向冷側，在那里介質蒸汽被冷卻，釋放汽化潛熱，冷凝成液體，然后返回熱側。

除常規重力熱管換熱器外，套管式熱管換熱器還具有以下特點。

（1）熱傳遞方向可雙向進行，可由外向內或由內向外傳遞；傳統的重力熱管只能從蒸發段傳遞到冷凝段，不能反向傳遞。
（2）相對重力場方向可隨意放置，從垂直到平行；傳統的重力熱管不能垂直于重力場方向。
（3）由于套管式熱管換熱器冷熱兩側傳熱距離大大縮短，傳熱系數增加，兩側熱阻小，溫差小。
（4）由于套管式熱管換熱器冷熱兩側傳熱的橫截面積大大增加，兩側單位面積的熱負荷可以很大；沒有傳統重力熱管的音速極限，攜帶極限，沒有毛細極限和沸騰極限。