所謂的直接膨脹供液，就是制冷劑液體通過膨脹閥節流后直接進入蒸發器，液體在蒸發器中全部蒸發，只有制冷劑氣體離開蒸發器。膨脹閥最普通的一種形式是熱力膨脹閥，這種閥門是一種過熱控制的節流閥，英文縮寫TXV。
用膨脹閥過熱度控制蒸發器供液，是上述兩種供液方法初投資最低的一種。它在中溫制冷溫度的氟利昂制冷系統廣泛使用，但對于氨的低溫系統使用受到限制。
國外一些資深工業制冷設計人員認為，不應使用氨直接膨脹。這種結論，使直接膨脹氨蒸發盤管的應用受到挑戰。 為什么一般情況下不將氨制冷劑直接膨脹用于低溫工況?直接膨脹一般使用過熱度控制膨脹閥。這種類型的膨脹閥需要7℃過熱度才能完全開啟。對于低溫蒸發盤管，進入蒸發盤管的進風溫度(即與庫房相同的溫度)與制冷劑的溫度差最大值通常是5.5℃。因此，沒有足夠的溫度差可以完全打開閥門。這種情況與高于冷凍溫度的空間不同，當然對于溫度高于0℃的庫房，庫溫與制冷劑溫度有足夠大的溫度差。可以這樣說，氨直接膨脹不建議用于低溫蒸發盤管。
由于電子膨脹閥的出現，這種膨脹閥的開啟溫差可以低于5℃，因此在低溫冷庫又出現使用氨制冷劑直接膨脹供液的工程案例。制冷劑蒸發溫度越低，一次節流后產生的閃發氣體越多，這樣進入蒸發器的制冷劑液體也就越少。另外使用膨脹閥供液，由于過熱度的需要，冷卻流體之間的溫差造成蒸發器的過熱部分和制冷劑減少。而且，蒸發器表面和過熱制冷劑之間的傳熱系數低于蒸發器的沸騰系數。這是蒸發器效率低的原因。如果采用二次節流，沒有專門措施對蒸發器進行改善，效率會比一次節流更低，因此這種使用方法最終沒有形成主流。
由于這種供液系統在工業制冷的應用不多，主要用于商用小型系統，而且這種供液方式在這兩種供液方式中能耗最大。
