熱管式低溫省煤器是一個(gè)封閉容器，從封閉容器內(nèi)抽出不凝結(jié)氣體，形成真空，為了使熱管能夠很快地啟動(dòng)和很好地工作，要求管內(nèi)始終保持一定的真空度，裝有一定量的能夠汽化的液體，并裝有起毛細(xì)作用的吸液芯結(jié)構(gòu)。管內(nèi)工作液體在加熱段吸熱沸騰后汽化，蒸氣帶著大量的熱能進(jìn)入冷凝段，然后進(jìn)行凝結(jié)放熱，把大量的熱能傳遞給了冷凝段的冷流體。工質(zhì)完成了把能量從加熱段輸送到冷凝段之后，以液態(tài)形式在吸液芯結(jié)構(gòu)毛細(xì)泵的抽吸作用下，重新返回到加熱段。重復(fù)這一過程，形成循環(huán)，使熱管連續(xù)不斷地工作，不斷地傳遞熱能，這就是熱管的工作原理。把這樣一個(gè)傳遞熱能的過程，用一條假想的熱流線表示，如圖所示。
熱管中工質(zhì)傳遞熱能的過程是通過工質(zhì)的相變過程進(jìn)行的。加熱段熱流體包含了大量的熱能(如各種窯爐的排煙，這種熱流體中就包含了大量的熱能)，這些熱能在傳遞給工質(zhì)時(shí)是通過工質(zhì)的相變進(jìn)行的。工質(zhì)由液態(tài)逐漸吸熱，當(dāng)吸入一定量的熱能時(shí)就變?yōu)闅鈶B(tài)。工質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)一定要吸熱，而吸收的熱量往往很多。工質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)所吸收的熱量叫做汽化潛熱。工質(zhì)就是把汽化潛熱這部分熱能輸送到了冷凝段。由于工質(zhì)被冷卻，工質(zhì)由氣態(tài)又變成為液態(tài)，同時(shí)向冷流體（如冷卻介質(zhì)空氣或水）放出凝結(jié)潛熱。

熱管式低溫省煤器之所以能夠進(jìn)行高效率的傳遞熱能，成為一個(gè)高效率的傳熱元件，就在于它利用了傳熱學(xué)中相變潛熱的吸收和釋放兩個(gè)強(qiáng)烈的過程。熱管的工作利用相變吸、放潛熱的機(jī)理和毛細(xì)泵或重力引起工作流體的循環(huán)進(jìn)行輸送熱能，這就構(gòu)成了熱管工作原理的核心。
由于工質(zhì)的汽化潛熱量于凝結(jié)潛熱量一致，又由于過程的進(jìn)行中認(rèn)為是理想的，與外界無熱量交換，所以，反映在熱管兩端溫度上也是一致的，即熱管等溫性是非常好的。工質(zhì)的汽化和凝結(jié)的過程都是在蒸汽空間中進(jìn)行的，在這個(gè)空間中工質(zhì)所處的狀態(tài)為飽和狀態(tài)，而飽和蒸汽溫度與飽和蒸汽壓力之間不是獨(dú)立的，二者之間是有對(duì)應(yīng)關(guān)系的，在這一點(diǎn)對(duì)熱管的工作和設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)都是非常重要的。由于飽和溫度和飽和壓力有這樣一個(gè)關(guān)系，又由于工質(zhì)由加熱段到冷卻段之間溫度變化很小，就決定了熱管蒸汽空間中的壓力變化也是很小的。因此，毛細(xì)結(jié)構(gòu)中的工作液體很小的表面張力或管中少量工作流體的重力就能克服熱管工作中所產(chǎn)生的壓力差。這一點(diǎn)于鍋爐中工質(zhì)的循環(huán)有根本的不同。鍋爐中工質(zhì)的循環(huán)是用機(jī)械泵進(jìn)行強(qiáng)迫循環(huán)，而且害需要補(bǔ)充工質(zhì)。熱管中的工質(zhì)根本不用機(jī)械泵循環(huán)，也不需要補(bǔ)充。
熱管內(nèi)工作流體的連續(xù)循環(huán)是依靠工作液體的表面張力。這種獨(dú)特的傳質(zhì)方式即使熱管獲得了獨(dú)特的成效，又稱為熱管正常工作的主要障礙之一。對(duì)熱管內(nèi)壁裝有多孔的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)物，必須使之浸透工作流體。為此必須有足夠量的工作流體注入管內(nèi)，使流體充滿所有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的毛孔。工作流體稍微過量不會(huì)影響熱管的正常工作。相反，要是工作流體的量不足，不能把所有的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)的毛孔充滿，則有可能成為熱管破壞的原因之一。要使毛細(xì)結(jié)構(gòu)能保證工作流體的循環(huán)，它必須足以克服系統(tǒng)的粘性的動(dòng)力學(xué)損失，必須補(bǔ)償反向的重力作用。
在熱管式低溫省煤器的整個(gè)工作過程中，流體動(dòng)力學(xué)是很重要的。傳熱理論則提供了通過熱管各部件，如管殼、吸液芯和工作流體以及熱管與熱源和冷源界面輸入和輸出熱能的熱傳導(dǎo)率的依據(jù)。因此，對(duì)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)以及運(yùn)行熱管及其換熱器的技術(shù)人員來說熟悉基本的流體力學(xué)和傳熱學(xué)及工程熱力學(xué)的知識(shí)是必需的。
為了使上述熱管工作性能好，除理論上討論和保證外，還必須作到下列幾點(diǎn)。
①　熱管在工作期間不產(chǎn)生腐蝕和在熱管工作溫度條件下不出現(xiàn)不凝結(jié)氣體。為了保證這一點(diǎn)，管殼、吸液芯和工作流體三者應(yīng)當(dāng)經(jīng)過嚴(yán)格的選擇，必須保證三者之間是化學(xué)相容的。
②　熱管內(nèi)一般應(yīng)設(shè)有加強(qiáng)換熱的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，如各種吸液芯或溝、槽等。
③　熱管外面一般應(yīng)設(shè)有翅片來加強(qiáng)熱管的換熱能力。
④　熱管的管殼和吸液芯應(yīng)當(dāng)經(jīng)過嚴(yán)格的清洗，如酸洗、堿洗和水洗等，并對(duì)管殼和吸液芯要除氣。工作流體應(yīng)該是高純度的。
⑤　熱管在工作前，內(nèi)部應(yīng)保持真空狀態(tài)，保證具有一定的真空度。
⑥　熱管管殼應(yīng)保證具有一定的強(qiáng)度，熱管在工作時(shí)要承受一定的高壓而不漏泄。