為了避免內平衡式熱力膨脹閥的缺點，對于制冷劑流動阻力大于15kPa或制冷量較大的蒸發器，應采用外平衡式熱力膨脹閥，其工作原理和系統流程如圖12-13所示。外平衡是指在膜片下方用隔板隔出一個密封空腔，用一根外平衡管將此空腔與蒸發器出口處連通。這樣，在膜片下方作用的平衡壓力是蒸發器出口處的壓力，無論蒸發器中制冷劑流動阻力的大小，蒸發器出口處的壓力基本不變，變化的只是蒸發器進口處的蒸發壓力，從而消除蒸發器進出口壓力不一致造成的過熱度過大的問題。

采用外平衡式熱力膨脹閥節流，使蒸發器進口處壓力有所提高，蒸發器平均傳熱溫差有所減小，蒸發器面積應有所增大，但吸氣壓力高于采用內平衡式熱力膨脹閥系統，使能效比稍有提高。外平衡式熱力膨脹閥結構較復雜，且系統中增加了兩處連接口，增加了泄漏的可能性。

有一部分熱力膨脹閥不用感溫包，而是將毛細管端部緊密地盤繞起來代替感溫包。這類熱力膨脹閥毛細管所感受的溫度通常是蒸發器吸入的空氣溫度，用于汽車空調等裝置。