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7/24/2019 [1956], June 14]US2970812 Drum Type Heat Exchanger
1/4
F e b . 7 ,
1 9 6 1
R . w .
K r a n - 2 E R
2 , 9 7 0 , 3 1 2
D R U M T Y P E H E A T
E x c H A N G x - : R
F i l e d J u n e 1 4 , 1 9 5 6
2
Sheets-Sheet
1
Z2
I k
7/24/2019 [1956], June 14]US2970812 Drum Type Heat Exchanger
2/4
2 , 9 7 0 , 8 1 2
eb. 7, 1961 R . w. KRITZER
DRUM TYPE HEAT EXCHANGER
2 Sheets-Sheet 2
i l e d J u n e 1 4 ,
1 9 5 6
7/24/2019 [1956], June 14]US2970812 Drum Type Heat Exchanger
3/4
i i n i t e d
S t a t e s P a t e n t )
2 , 9 7 0 , 8 1 2
RUM
TYPE
HEAT
EXCHANGER
R i c h a r d W. K r i t z e r , C h i c a g o ,
I l l .
( P e e r l e s s
o f A m e r i c a , 5 8 3 0 N . P u l a s k i
R o a d )
F i l e d J u n e
1 4 ,
1 9 5 6 , S e r .
N o .
5 9 1 , 4 9 1
1 C l a i m .
( C l .
2 5 7 - 2 4 1 )
The
i n v e n t i o n r e l a t e s
t o
a h e a t - e x c h a n g e r o f t h e
drum
t y p e w h i c h i n c l u d e s s p i r a l l y c o i l e d t u b i n g a n d f i n s , a n d
the
fabrication
t h e r eof.
.
One
o b j e c t
o f
t h e i n v e n t i o n
i s
t o
p r o v i d e a
h e a t - e x
c h a n g e r
o f
t h i s t y p e w h i c h c a n b e
e x p e d i t i o u s l y
and e c o
n o m i c a l l y f a b r i c a t e d .
Another o b j e c t o f t h e
i n v e n t i o n
i s t o p r o v i d e an im
p r o v e d
m e t h o d o f
f a b r i c a t i n g
h e a t - e x c h a n g e r s o f
t h i s
t y p e .
O t h e r
o b j e c t s w i l l
a p p e a r
f r o m t h e d e t a i l
d e s c r i p t i o n .
The i n v e n t i o n
c o n s i s t s i n
t h e
many n o v e l
f e a t u r e s
h e r e
i n a f t e r s e t f o r t h and more p a r t i c u l a r l y by
t h e
c l a i m a t
t h e c o n c l u s i o n h e r e o f .
I n
t h e d r a w i n g s :
F i g . 1
i s
a p l a n
v i e w o f a n e x c h a n g e r embodying
t h e
i n v e n t i o n , t h e d r u r n o r c a s i n g b e i n g shown i n
s e c t i o n ;
F i g . 2 i s a s e c t i o n taken on l i n e 2_2 o f F i g . l ; _
F i g .
3
i s
a
p e r s p e c t i v e
v i e w
o f
a
p o r t i o n
o f
t h e
f i n
forming
s t r u c t u r e or s t r i p ;
F i g . 4 i s a
s e c t i o n on l i n e
4 4
f F i g .
1 ; and
F i g .
5 i s a s e c t i o n t a k e n on l i n e
5_5
f
F i g .
1 .
The i n v e n t i o n i s e x e m p l i f i e d i n
a
h e a t - e x c h a n g e u n i t
which c o m p r i s e s :
a
drum o r c a s i n g whichincludes
a
s l e e v e or
hub
10 and an annular
j a c k e t
or d r u m 1 1 ; - a
s e r i e s
o f
t h r e e c o i l s
o f
t u b i n g
1 2 ,
1 3
a n d
1 4 ,
o f
c y l i n d r i
c a l c r o s s
s e c t i o n , e a c h
i n c l u d i n g s p i r a l c o n v o l u t i o n s i n
s i d e - b y - s i d e
r e l a t i o n
a n d
s p a c e d a p a r t r a d i a l l y . A
e a d e r
1 6
i s
c o m m u n i c a t i v e l y
c o n n e c t e d t o t h e i n n e r e n d o f
t h e
c o i l s
a d j a c e n t
s l e e v e 1 0 and a h e a d e r 1 7 i s
commu
n i c a t i v e l y c o n n e c t e d t o t h e o u t e r e n d s
o f
t h e c o i l s f o r
t h e
c i r c u l a t i o n
o f
a
f l u i d , u s u a l l y a r e f r i g e r a n t , t h r o u g h
t h e
c o i l s , one
o f t h e h e a d e r s s e r v i n g a s
an
i n l e t
and
t h e
o t h e r
a s
an
o u t l e t f o r t h e
f l u i d .
The
r a d i a l s p a c i n g s
o l f
t h e c o n v o l u t i o n s o f t h e c o i l s form a
s p i r a l
p a s s a g e b e
t w e e n
t h e c o n v o l u t io n s o f t h e c o i l s f o r t h e f l o w o f a i r
l o n g i t u d i n a l l y t h r o u g h t h e drum o r c a s i n g . A n
a i r
im
p e l l e r
n o t i l l u s t r a t e d ) i s u s u a l l y mounted o v e r t h e
c o i l s
and
d r i v e n by a n e l e c t r i c motor which
may
b e mounted i n
t h e s l e e v e 1 l i
f o r
f o r c i n g a i r
t o
b e c o o l e d t h r o u g h t h e
d r u m ,
a s
w e l l
u n d e r s t o o d i n
t h e
a r t .
An
l o n g a t e d o r
c o n t i n u o u s
s t r i p o f f i n ~ s t o c k s u c h a s
t h i n s h e e t
a l u m i n i u m , i s
f a b r i c a t e d i n t o
a f i n - s t r u c t u r e ,
g e n e r a l l y
d e s i g n a t e d
1 S , w h i c h f i t s
a n d
i s
c o n f i n e d
i n
t h e s p i r a l s p a c e
b e t w e e n
t h e c o n v o l u t i o n s o f t h e s e r i e s
o f
c o i l s . T h i s i i n - s t r u c t u r e i s u t i l i z e d t o t r a n s f e r
h e a t
from t h e f l u i d
i n
t h e
c o i l s t o
t h e a i r
which
c o n t a c t s s a i d
s t r u c t u r e
a n d
t h e t u b i n g . The
f i n - s t r u c t u r e
i n c l u d e s
a
s e r i e s
o f
s u b s t a n t i a l l y
c o p l a n a r
l i n - s e c t i o n s
2 0
w h i c h
a r e
a d a p t e d
t o e x t e n d a c r o s s
o r
span t h e
s p i r a l s p a c e between
t h e c o n v o l ut i o n s o f t h e e n t i r e s e r i e s o f c o i l s a n d i n t e g r a l
e n d s 2 1 w h i c h a r e formed b y
b e n d s
w h i c h
a l t e r n a t e l y
c o n n e c t
o p p o s i t e e n d s o f c o n t i g u o u s s e c t i o n s 2 0
a n d
f u n c ~
t i o n a s
s e a t s
f o r t h e c o i l s o f t u b i n g . Each
e n d 2 1
i n c l u d e s
s u b s t a n t i a l l y
f l a t
p o r t i o n s 2 2 a n d c u r v e d p o r t i o n s 2 3 w h i c h
conform
t o t h e
c r o s s - s e c t i o n a l
c o n t o u r o f t h e
t u b i n g f o r
c l o s e l y
f i t t i n g c o n t a c t
b e t w e e n t h e
o u t e r
f a c e s o f
e n d s
2 1 a n d t h e c o n v o l u t i o n s o f t h e c o i l s .
Each
t i n - s e c t i o n
2 0 h a s a n e n d 2 1
p r o v i d e d w it h
s e a t s
f o r
t h e
o u t e r
p e
1 0
1 5
25
v r 3
35
40
45
55
60
7 0
t h e
s l e e v e .
z i si
P a t e n t e d
F e b . 7 , M 2 5 1
f . .
IC@
2
r i p h e r a l p o r t i o n s o f o n e c o n v o l u t i o n o f e a c h
o f
t h e
s p i r a l
c o i l s
1 2 ,
1 3
a n d
1 4 ,
a n d a n
o p p o s i t e
e n d 2 1
p r o v i d e d
w i t h
s e a t s f o r t h e
i n n e r
p o r t i o n s o f t h e n e x t c o n v o l u t i o n s
o f t h e c o i l s , t h e s t r i p f o r m i n g t h e f i n - s t r u c t u r e b e i n g o f
s u f f i c i e n t
w i d t h
f o r t h a t
p u r p o s e .
The s t r u c t u r e 2 l i
b e
f o r e a s s e m b l y w i t h
t h e
c o i l s i s
r e a d i l y
f l e x i b l e
i n t o
g e n
e r a l l y
s p i r a l c o n t o u r
t o
c o n f o r m t o t h e s p i r a l c o n v o l u
t i o n s o f t h e
c - o i l s ,
a n d , a f t e r
s a i d a s s e m b l y , p r o v i d e s f i n s
i n t h e
a i r s t r e a m
b e t w e e n s a i d c o n v o l u t i o n s .
The t u b i n g
o f t h e c o i l s
i s
b e n d a b l e s p i r a l l y
a r o u n d
t h e f i n - s t r u c t u r e
t o p r o d u c e
p r e s s u r e - c o n t a c t
b e t w e e n t h e s e a t s on t h e
e n d s 2 1 o f t h e
f i n - s t r u c t u r e a n d
A t h e c o n t a c t i n g
p o r t i o n s
o f
t h e c o i l s . The f a c e s o f s e c t i o n s 2 0 and
i n n e r
f a c e s
o f
e n d s 2 1
a r e
e x p o s e d t o
t h e
a i r s t r e a m
t h r o u g h
t h e d r u m .
I n s h a p i n g
t h e s t r i p
o f
f i n - s t o c k
i n t o t h e c o n t i n u o u s
s t r u c
t u r e 1 5 ,
a n d
b e n d i n g t h e m e t a l i n t h e
e n d s 2 1
t o form
t h e
s e a t s f o r
t h e
t u b i n g , t h e
m e t a l
i s
r u p t u r e d
a s a t 2 4 ,
a t
t h e
c r e s t s
o f t h e
c u r v e d
p o r t i o n s 2 3 .
T h i s
p r o v i d e s f o r
i l e x i
b i l i t y
i n
s a i d
c u r v e d
p o r t i o n s t o conform
t o
t h e c r o s s
s e c t i o n a l c o n t o u r
o f
t h e c o n t i g u o u s t u b i n g , a n d a l s o
p r o
v i d e s
o p e n i n g s
f o r t h e f l o w o - f a i r t o t h e c l e a r a n c e
b e
tween
t h e
c o i l s which a r e i n
s i d e - b y - s i d e
r e l a t i o n .
A o r t i o n o f t h e i n n e r c o n v o l u t i o n
o f
e a c h o f t h e c o i l s
1 2 ,
1 3 and
1 4 e x t e n d s a r o u n d a p o r t i o n o f t h e s l e e v e 1 0
a n d t h e n c e s p i r a l l y a r o u n d t o t h e a d j o i n i n g e n d o f t h e
n e x t c o n v o l u t i o n w h e r e t h e
i n n e r
e n d o f t h e f i n - s t r u c t u r e
i s l o c a t e d .
A
i r s t e l o g a t e d
t a p e r e d b a t l l e
3 0 c l o s e s
t h e
gap
b e t w e e n s l e e v e
1 0
a n d
t h e
h e a d e r 1 6
w h e r e
s a i d p o r
t i o n
o f t h e i n n e r
c o n v o l u t i o n s
e x t e n d s p i r a l l y away
from
T h i s b a i l l e e x t e n d s t o t h e f i n - s e c t i o n
20
on
t h e i n n e r
e n d
o f t h e s p i r a l l y c o i l e d f i n - s t r u c t u r e a d j a c e n t
h e a d e r
1 6 .
A
o r t i o n
o f
t h e
o u t e r c o n v o l u t i o n o f
e a c h
o f s a i d c o i l s e x t e n d s s p i r a l l y
a r o u n d
c a s i n g 1 1 . A e c
ond e l o n g a t e d t u b u l a r b a i l l e 3 1
c l o s e s
t h e g a p a r o u n d s a i d
p o r t i o n a n d t h e c a s i n g 1 1 a n d e x t e n d s c i r c u m f e r e n t i a l l y
t o t h e h e a d e r 1 7 and t h e f i n - s e c t i o n 20
on
t h e
o u t e r
end
o f t h e
f i n - s t r u c t u r e . These
b a f f l e s
and
c o n s t r u c t i o n
con
f i n e
t h e l o n g i t u d in a l a i r f l o w
t h r o u g h
c a s i n g t o t h e
s p i r a l l y
e x t e n d i n g
r a d i a l
s p a c e s b e t w e e n t h e
c o n v o l u t i o n s o f
t h e
c o i l s i n w h i c h t h e
t i n - s t r u c t u r e i s d i s p o s e d ,
f o r
c o n t a c t
i n g
t h e
a i r
w i t h t h e
f i n - s t r u c t u r e a n d e f f i c i e n c y i n
h e a t
t r a n s f e r .
I n t h e f a b r i c a t i o n o f t h e
u n i t ,
t h e f i n - s t r u c t u r e
1 5
i s o f
s u f f i c i e n t l e n g t h t o e x t e n d b e t w e e n t h e s p i r a l
g a p s
b e
tween t h e
c o n v o l u t i o n s
o f
t h e
c o i l s
b e t w e e n
t h e
h e a d e r s
1 6
a n d 1 7 .
B e f o r e
a s s e m b l y , t h e
f i n - s t r u c t u r e w i t h
t h e
c o i l s
o r c a s i n g
i s
l i n e a r
a n d
r e a d i l y
b e n d a b l e
i n t o
s p i r a l
c o n t o u r
b e c a u s e t h e s e c t i o n s
2 0
a r e r e a d i l y
f l e x i b l e b e
t w e e n - t h e
e n d s
2 1 .
T h i s
f a c i l i t a t e s
t h e
f l e x i n g
o f
t h e
s t r i p
1 5 i n t o
s p i r a l
c o n t o u r c o n f o r m a b l y t o
t h e
c o i l s o f t u b i n g .
I n a s s e m b l i n g
t h e
u n i t , t h e h e a d e r
1 6 i s
f x e d l y h e l d i n
t h e b a i l l e
30 which
i s s e c u r e d
t o
t h e s l e e v e
o r
hub 1 t ) .
The t u b i n g f o r t h e
c o i l s
1 2 , 1 3 a n d 1 4 w h i c h i s
s u f f i c i e n t l y
b e n d a b l e
t r a n s v e r s e l y f o r t h i s
p u r p o s e , i s
b e n t a r o u n d t h e
s l e e v e 1 0
and
b a i l l e
30
t o
p r o g r e s s i v e l y
form
t h e
i n n e r
c o n v o l u t i o n
o f
e a c h o f
t h e c o i l s .
The
f i n - s t r u c t u r e
1 5 i s
f o l d e d
a r o u n d t h e
o u t e r p e r i p h e r y
o f
s a i d i n n e r c o n v o l u
t i o n s . T h i s
b e n d i n g
o f t h e t u b i n g a n d f o l d i n g o f t h e f i n
s t r u c t u r e
i s p r o g r e s s i v e l y
c o n t i n u e d u n t i l
t h e
c o i l s a n d
f i n - s t r u c t u r e a r e e n t i r e l y a s s e m b l e d i n s p i r a l l y
w r a p p e d
r e l a t i o n .
The
a s s e m b l e d
f i n - s t r u c t u r e
a n d
c o i l s 1 2 ,
1 3
a n d
1 4
a r e p r e s s e d
t o g e t h e r
and c o n t r a c t e d and w h i l e
s o
con
t r a c t e d
a r e
i n s e r t e d s i d e w i s e
i n t o
t h e drum
1 1 .
T h i s
c o n t r a c t i o n
s e c u r e s t h e
e n d s 2 1 o f
t h e
f i n - s t r u c t u r e
i n
t h e c o i l s .
T h e
concave
s e a t s
on t h e e n d s 21
o f t h e f i n
s t r u c t u r e a r e i n t e r l o c k e d a g a i n s t r e l a t i v e
movement
c o
a x i a l l y o f t h e
s l e e v e
1 0
a n d
drum
1 1 ,
w i t h t h e h e a d e r
1 6 a d j a c e n t
b a i l l e 3 0 a n d h e a d e r
1 7 a d j a c e n t
b a i l l e
3 1 .
Th e
i n n e r e n d s o f t h e c o i l s a r e c o n f i n e d by a f l a n g e 4 t )
on one end o f s l e e v e 1 0 and a r i n g
4 1 ,
and t h e o t h e r
e n d s o f
t h e c o i l s a r e
c o n f i n e d
a n d h e l d i n t h e drum
b e
7/24/2019 [1956], June 14]US2970812 Drum Type Heat Exchanger
4/4
2 , 9 7 0 , 8 1 2
3
tween a f l a n g e f t 2 - o n
t h e drum and
a
r i n g 4 3 .
The
a s
s e m b l e d c o i l s and i i n - s t r u c t u r e
a r e
t h e n
s e c u r e d
t o g e t h e r
w i t h
p r e s s u r e c o n t a c t
o r
i n c l o s e - f i t t i n g r e l a t i o n f o r e f
i c i e n t h e a t ~ t r a n s f e r
from
t h e f l u i d i n t h e c o i l s t o t h e n
s t r u c t u r e . The a i r p a s s i n g t h r o u g h t h e s p i r a l l g a p s be
tween t h e c o n v o l u t i o n s o t h e
c o i l s
w i l l C o n t a c t t h e f a c e s
o f
t h e
t i n s
formed by
s e c t i o n s 2 0 , t h e
i n n e r
f a c e s
o f
b e n d s
2 1 a n d t h e e x p o s e d i n n e r f a c e p o r t io n s o f t h e c o i l s
b e
tween s e c t i o n s .
T h e
i n v e n t i o n
e x e m p l i f i e s a h e a t - t r a n s f e r e l e m e n t
o f
t h e d r u m - t y p e w h i c h
i s e i c i e n t
i n o p e r a t i o n a n d
s i m p l e
i n c o n s t r u c t i o n and
an
economical method
o f
f a b r i c a t
i n g a n d a s s e m b l i n g t h e u n i t .
T h e i n v e n t i o n i s
n o t
t o
be understood a s l i m i t e d t o
t h e d e t a i l s
s e t f o r t h ,
s i n c e
t h e s e may
b e
modied W i t h i n
t h e s c o p e o f t h e
a p p e n d e d
c l a i m w i t h o u t
d e p a r t i n g from
t h e
s p i r i t a n d s c o p e
o f
t h e
i n v e n t i o n .
Having t h u s d e s c r i b e d t h e
i n v e n t i o n
what I c l a i m a s
n e w
and
d e s i r e
t o
s e c u r e
by
L e t t e r s Patent
i s :
A drum t y p e h e a t
e x c h a n g e
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c o m p r i s i n g
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b i n a t i o n
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t u b u l a r
c e n t r a l l y
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c y l i n d r i c a l
c a s i n g
s h e l l c o n c e n t r i c w i t h
t h e
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t h e r e
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c y l i n d r i c a l
c a s i n g s h e l l a n d i n
c l o s e
p r o x i m i t y t o
s a i d
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s a i d
o u t e r c y l i n d r i c a l
c a s i n g
s h e l l
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c l o s e
p r o x i m i t y t o
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s a i d t u b u l a r
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s h e l l ,
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s p a c e d , s u p e r i m p o s e d ,
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t u b u l a r c o i l s o f c y l i n d r i c a l c r o s s s e c t i o n d i s
p o s e d
w i t h i n s a i d
drum c a s i n g
b e t w e e n t h e
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a n d c a s
i n g
s h e l l ,
t h e
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i n v o l u t e t u b u l a r
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m u n i c a t i n g w i t h t h e i n t e r i o r o f
s a i d
l i r s t t u b u l a r h e a d e r
a n d t h e
o u t e r e n d s o f s a i d
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t u b u l a r
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m u n i c a t i n g w i t h
t h e
i n t e r i o r
o f
s a i d
s e c o n d t u b u l a r
h e a d e r , t h e
i n n e r m o s t
c o n v o l u t i o n s o f s a i d i n v o l u t e c o i l s
b e i n g
p a r t i a l l y w r a p p e d a r o u n d
s a i d
h u b i n
c o n t i g u o u s
r e l a t i o n t o a major a r c u a t e p o r t i o n o f
t h e
c y l i n d r i c a l
s u r f a c e t h e r e o f ,
t h e
o u t e r m o s t c o n v o l u t i o n s
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v o l u t e c o i l s c l o s e l y h u g g i n g
a
m a j o r
a r c u a t e
p o r t i o n o f
20
2 5
3 0
4
t h e , i n n e r c y l i n d r i c a l s u r f a c e V o f t h e c a s i n g s h e l l ,
a t i r s t
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member l l i n g t h e
s p a c e
e x i s t i n g
b e t w e e n
t h e
i n n e r m o s t
c o n v o l u t io n s o f s a i d i n v o l u t e c o i l s
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c y l i n d r i c a l
s u r f a c e o f t h e t u b u l a r hub and
p a r t i a l l y
e n c o m p a s s i n g s a i d r s t t u b u l a r h e a d e r
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t h e
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a s e c o n d e l o n g a t e d t u b u l a r b a f l l e member f i l l i n g
t h e
s p a c e
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between
t h e
o u t e r m o s t
c o n v o l u t i o n s o f
s a i d
i n v o l u t e c o i l s a n d t h e
i n n e r
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c a s i n g s h e l l , a n d
a
c o n t i n u o u s s t r i p
o f
l i n s t o c k d i s p o s e d
b e t w e e n
a d j a c e n t
c o n v o l u t i o n s
o f t h e v a r i o u s i n v o l u t e
l c o i l s a n d
e x t e n d i n g i n i n v o l u t e f a s h i o n
from s a i d s e c
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b a l e
member
t o s a i d
r s t b a i l l e
member,
s a i d f i n
s t o c k
p r o v i d i n g a m u l t i p l i c i t y o f
c l o s e l y
s p a c e d r a d i a l l y
e x t e n d i n g l i n s e c t i o n s common t o and b r i d g i n g t h e d i s
t a n c e between t h e
a d j a c e n t
c o n v o l u t i o n s o f
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i n v o l u t e
c o i l , t h e
a d j a c e n t i n s i d e e d g e s
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j a c e n t
n s e c t i o n s b e i n g
c o n n e c t e d
t o g e t h e r
b y i n t e g r a l
w e b s o f f u l l fm s t o c k
h e i g h t ,
t h e a d j a c e n t o u t s i d e e d g e s
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a l t e r n a t e p a i r s
o f
a d j a c e n t l i n s e c t i o n s b e i n g
c o n
n e c t e d t o g e t h e r b y i n t e g r a l w e b s o f
f u l l
l i n
s t o c k
h e i g h t ,
e a c h o f s a i d
w e b s s p a n n i n g
s a i d
s u p e r i m p o s e d i n v o l u t e
c o i l s
a n d
b e i n g
f o r m e d
w i t h i m p e r f o r a t e
c u r v e d
s e a t s
i n i n t i m a t e f a c e f t o - f a c e c o n t a c t w i t h
t h e
v a r i o u s c o i l
c o n v o l u t i o n s , t h e
m a t e r i a l o f e a c h web b e t w e e n a d
j a c e n t c u r v e d s e a t s b e i n g r u p t u r e d t o d e n e o p e n i n g s
t h r o u g h
t h e
w e b , a n d p r e s e n t i n g
c u r v e d l i n g e r s
w h i c h
c l o s e l y hub
t h e
c u r v e d w a l l o f
t h e
a d j a c e n t
c o i l con
v o l u t i o n s , t h e r e b y
l e n d i n g
f l e x i b i l i t y
- t o
s a i d
c u r v e d s e a t s
a s w e l l a s
a o r d i n g
i n t i m a t e h e a t e x c h a n g e b e t w e e n t h e
c u r v e d s e a t s
a n d
t h e A c o i l
c o n v o l u t i o n s .
R e f e r e n c e s
C i t e d
i n
t h e l e o f t h i s p a t e n t
U N I T E D v
S T A T E S PATENTS
1 , 8 2 2 , 0 6 8 l Summers`
e t a l
__________
__
S e p t .
8 , 1931
1 ,849 , 396
Baetz - _ _____________ _ Mar. 15, 1 9 32
2,035,665
Palm er _____________
_
Mar. 3 , 1 ,
1 93 6
2,164,854 Booth e t a l .
___________
__
July 4 ,
1939
2,213,463 Fink
_________________
. . S e p t .
3 ,
1 940
2,657,018
Simpelaar
____________
__
Oct.
2 7 ,
1953
2,716,802 Gre e r ________________
__
S c p t . 6 ,
1 9 5 5
2,820,617 Tadewald
___________
. . _
Jan.
21, 1958