以同心套管中的內管作為傳熱元件的換熱器。兩種不同直徑的管子套在一起組成同心套管，每一段套管稱為“一程”，程的內管（傳熱管）借U形肘管，而外管用短管依次連接成排，固定於支架上（圖中a）。熱量通過內管管壁由一種流體傳遞給另一種流體。通常，熱流體（A流體）由上部引入，而冷流體（B流體）則由下部引入。套管中外管的兩端與內管用焊接或法蘭連接。內管與U形肘管多用法蘭連接，便於傳熱管的清洗和增減。每程傳熱管的有效長度取4～7米。這種換熱器傳熱面積最高達18米<2，故適用於小容量換熱。當內外管壁溫差較大時，可在外管設置U形膨脹節（圖中b）或內外管間采用填料函滑動密封（圖中c），以減小溫差應力。管子可用鋼、鑄鐵、陶瓷和玻璃等制成，若選材得當，它可用於腐蝕性介質的換熱。這種換熱器具有若幹突出的優點，所以至今仍被廣泛用於石油、石油化工等工業部門。它的主要優點是：①結構簡單，傳熱面積增減自如。因為它由標準構件組合而成，安裝時無需另外加工。②傳熱效能高。它是一種純逆流型換熱器，同時還可以選取合適的截面尺寸，以提高流體速度，增大兩側流體的給熱系數，因此它的傳熱效果好。液-液換熱時，傳熱系數為870～1750W/（m2·℃）。這一點特別適合於高壓、小流量、低給熱系數流體的換熱。套管式換熱器的缺點是占地面積大；單位傳熱面積金屬耗量多，約為管殼式換熱器的5倍；管接頭多，易泄漏；流阻大。
為增大傳熱面積、提高傳熱效果，可在內管外壁加設各種形式的翅片，並在內管中加設刮膜擾動裝置，以適應高粘度流體的換熱。