所谓的直接膨胀供液，就是制冷剂液体通过膨胀阀节流后直接进入蒸发器，液体在蒸发器中全部蒸发，只有制冷剂气体离开蒸发器。膨胀阀最普通的一种形式是热力膨胀阀，这种阀门是一种过热控制的节流阀，英文缩写TXV。
用膨胀阀过热度控制蒸发器供液，是上述两种供液方法初投资最低的一种。它在中温制冷温度的氟利昂制冷系统广泛使用，但对于氨的低温系统使用受到限制。
国外一些资深工业制冷设计人员认为，不应使用氨直接膨胀。这种结论，使直接膨胀氨蒸发盘管的应用受到挑战。 为什么一般情况下不将氨制冷剂直接膨胀用于低温工况?直接膨胀一般使用过热度控制膨胀阀。这种类型的膨胀阀需要7℃过热度才能完全开启。对于低温蒸发盘管，进入蒸发盘管的进风温度(即与库房相同的温度)与制冷剂的温度差最大值通常是5.5℃。因此，没有足够的温度差可以完全打开阀门。这种情况与高于冷冻温度的空间不同，当然对于温度高于0℃的库房，库温与制冷剂温度有足够大的温度差。可以这样说，氨直接膨胀不建议用于低温蒸发盘管。
由于电子膨胀阀的出现，这种膨胀阀的开启温差可以低于5℃，因此在低温冷库又出现使用氨制冷剂直接膨胀供液的工程案例。制冷剂蒸发温度越低，一次节流后产生的闪发气体越多，这样进入蒸发器的制冷剂液体也就越少。另外使用膨胀阀供液，由于过热度的需要，冷却流体之间的温差造成蒸发器的过热部分和制冷剂减少。而且，蒸发器表面和过热制冷剂之间的传热系数低于蒸发器的沸腾系数。这是蒸发器效率低的原因。如果采用二次节流，没有专门措施对蒸发器进行改善，效率会比一次节流更低，因此这种使用方法最终没有形成主流。
由于这种供液系统在工业制冷的应用不多，主要用于商用小型系统，而且这种供液方式在这两种供液方式中能耗最大。
