熱管是熱管換熱器的最基本元件，從其外觀來看，通常是一根有翅片或無翅片的普通圓管，其主要結構特點表現在管內，圖3.76所示為吸液芯熱管的一種典型結構。它由管殼、毛細
多孔材料（管芯）和蒸汽腔（蒸汽通道）所組成從傳熱狀況看，熱管沿軸向可分為蒸發段、絕熱段和冷凝段三部分（見圖3.76）。工作時，蒸發段因受熱而使其毛細材料中的工作液體發，蒸汽流向冷凝段，在這里由于受到冷卻使蒸汽凝結成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發段，如此循環不已，熱量由熱管的一端傳至另一端。由于汽化潛熱大，所以
在極小的溫差下就能把大量的熱量從熱管的蒸發段傳至冷凝段，實驗表明，一根長Q.6m、直徑
13m、重0.34kg的熱管，在100℃工作溫度下輸送200W的能量，其溫降僅0.5℃.而輸送同等能量的同樣長的實心銅棒重量為0.7kg，兩端溫差競高達70℃。絕熱段作為蒸汽通道的不工作部分并不承擔傳熱任務，而是為了分開冷、熱源并使熱管能適應任意需要的幾何形狀布置而設置的。
熱管的管殼是受壓部件，要求由高導熱率、耐壓、耐熱應力的材料制造。但在材料的選擇上必須首先考慮到與所要使用的工質的相容性，即要求熱管在長期運行中管殼無腐蝕，工質與管殼不發生化學反應，不產生氣體。管殼材料有多種，以不銹鋼、銅、鋁、鎳等較多，也可用貴重金屬鈮、但或玻璃、陶瓷等。管殼的作用是將熱管的工作部分封閉起來，在熱端和冷端接收和放出熱量，并承受管內外壓力不等時所產生的壓力差管芯是一種緊貼管殼內壁的毛細結構，通常用多層金屬絲網或纖維、布等以襯里形式緊貼內壁以減小接觸熱阻，襯里也可由多孔陶瓷或燒結金屬構成。性能優良的管芯應具有：
①足夠大的毛細抽吸壓頭：②較小的液體流動阻力，即有較高的滲透率：③良好的傳熱特性，即有較小的徑向熱阻。因而，管芯的結構有多種，大致可分為以下幾類：①緊貼管壁的單層及多層網芯，圖3.77（a）：②燒結粉末管芯，圖3.77（b），它是由一定目數的金屬粉末或金屬絲網燒結在管內壁面而成：③軸向槽道式管芯，圖3.77（），它是在管殼內壁開軸向細槽，以提供毛細壓頭及液體回流通道，槽的截面形狀可有矩形、梯形等多種：④組合管芯，一般管芯往往不能同時兼顧毛細抽吸力及滲透率，組合管芯能兼顧毛細力和滲透率，從而獲得高的軸向傳熱能力，而且大多數管芯的徑向熱阻甚小。它基本上把管芯分成兩部分，一部分起毛細抽吸作用，一部分起液體回流通道作用。此類管芯有多種，圖3.77（）所示為一種槽道覆蓋網式。它是在軸向槽道管芯表面覆蓋一層細孔網，槽道成為低阻力的液體回流通道，細孔網則提供高的毛細抽吸壓頭，因此可提高傳熱能力。但因網與槽不易貼合緊，其徑向熱阻較大。
熱管的工作液要有較高的汽化潛熱、導熱系數，合適的飽和壓力及沸點，較低的黏度及良好的穩定性。工作液體還應有較大的表面張力和潤濕毛細結構的能力，使毛細結構能對工作液作用并產生必需的毛細力。工作液還不能對毛細結構和管壁產生溶解作用，否則被溶解的物質將積累在蒸發段破壞毛細結構。熱管內的工作液體隨熱管內部的工作溫度而定，并由此可區分為低溫
（<100.℃）、中溫（100~500℃）、高溫（>500℃）熱管。
在低溫范圍內有乙醇、丙酮、氟利昂、液氨、液氮、液氫等。
在常溫條件下的工作液體一般為水，熱管內部工作溫度高于280℃時，由于水的飽和蒸汽壓力較高，故應考慮具有低飽和蒸汽壓的工作液體如聯苯，萘、汞等，當管內工作溫度超過600℃以上時，則可選用鉀、鈉或鉀鈉合金等液態金屬作為工作液體。
工作液在外殼封閉前裝入熱管，其數量應使毛細結
構足夠飽和并稍有過量，若液體不足則有可能成為熱管破壞的原因之一（如蒸發段干涸）。
熱管的型式有多種。上述熱管工作時，冷凝的工作液體是依靠毛細多孔材料（吸液芯）的
毛細抽吸力返回到加熱段（蒸發段）的，故常稱為吸液芯熱管，這種熱管被認為是典型熱管。
工作液體的回流也可依靠其本身的重力作用，這種熱管就是兩相熱虹吸管（又稱重力熱管），圖3.78所示為兩相閉式熱虹吸管的工作原理簡圖。管子為真空密封，當管子的下端加熱時，下端的液體蒸發并以高速向上部移動，在與溫度較低的上端管壁接觸后，冷凝成液體，然后在重力作用下沿管內壁流回下端蒸發段。如果工作液體的回流是受離心力的分力作用，則叫旋轉熱管，旋轉熱管為一密閉的空心軸（管），此空心軸內腔具有一定初始真空度，并充有少量工作液。內腔的形狀可以是空心圓柱形，空心內錐形或圓柱臺階形，圖3.79為一錐形空腔的旋轉熱管工作原理簡圖。它和普通熱管一樣具有蒸發段、絕熱段和冷凝段三個區域。在高轉速下，工作液覆蓋在空腔的內壁面上，并形成一層環狀液膜。旋轉熱管的一端由于被加熱，該處液體蒸發、液膜變薄，所產生的蒸汽流到另一端（冷卻端）。蒸汽在冷卻端放出潛熱而凝結成液體。在熱管的旋轉角速度為仙、旋轉半徑為，時，單位體積的液體受到的離心力為0@，這一離心力沿錐面的分力osia使這些冷凝液沿錐面流回到蒸發段。這樣連續地蒸發、蒸汽流動、凝結與液體的回流完成了把熱量從加熱段輸送到冷卻段的過程。
按照凝液回流的作用力不同，熱管可分成上述這三種基本型式。此外，還有一種同時受到毛細力和重力作用使凝液回流的熱管，稱之重力輔助熱管。當具有吸液芯的熱管處于冷凝段在加熱段上方位置時，熱管就將按重力輔助熱管方式運行。
上述的幾種熱管型式，熱量的輸送方向都是沿著軸向。在作為換熱器使用時，冷、熱兩側必須分開，設備體積及占地空間大。而另一種熱管型式一徑向熱管，熱量的輸送方向沿著管的半徑方向，徑向熱管在結構上為雙管結構，它包含外管、內管和翅片三部分（同時還有抽真空的接頭），如圖3.80所示。在外管和內管的環隙被抽真空后充填工質，熱流體的熱量由外管翅片和外管壁傳給工質，工質受熱后蒸發沿環隙徑向流動，與內管外壁熱交換后冷凝。冷凝液由重力作用返回外管內壁，內管流過被加熱的冷流體，如此反復循環通過工質的相變實現熱量的高效傳遞。可見，由于其結構上的特點，徑向熱管的吸熱段和放熱段分別是外管和內管，外管與內管之間的環隙是熱管的工作空間，也就是工質吸熱汽化并進行熱量輸送的空間，從而形成熱量的輸送方向沿著內、外管的半徑方向。因為有這一特點，使得作為鍋爐省煤器等使用時設備緊湊。
由上可見，熱管是一種依靠管內工質的蒸發、凝結和循環流動而傳遞熱量的部件。由于蒸發、凝結的熱阻很小及蒸汽流動的溫降也很小（因壓降很小），熱管就可以在小溫差下傳遞很大的熱流，傳熱效率高。管內沒有運動部件，運行可靠。熱管外表面常具有翅片，單位體積的換熱面積大，使整臺熱管換熱器的結構緊湊，且通道簡單，管外流動的壓力損失較小。所以，應用前景廣闊。
