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。