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KR102708378B1 - 유체 공급용 미세기포 발생 장치 - Google Patents

유체 공급용 미세기포 발생 장치 Download PDF

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KR102708378B1
KR102708378B1 KR1020220072761A KR20220072761A KR102708378B1 KR 102708378 B1 KR102708378 B1 KR 102708378B1 KR 1020220072761 A KR1020220072761 A KR 1020220072761A KR 20220072761 A KR20220072761 A KR 20220072761A KR 102708378 B1 KR102708378 B1 KR 102708378B1
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fluid
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유준일
최정훈
김용배
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(주)유디엠
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Abstract

본 발명은 원통형의 외부 케이스 내로 유입된 유체의 일부가 외부 케이스의 내면을 따라 직선형으로 흐르지 않고 외부 케이스 내로 유입된 모든 유체가 외부 케이스와 축체 사이에서 나선형으로 흐르도록 함으로써 미세기포 발생 효율을 향상시킬 수 있는 유체 공급용 미세기포 발생 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 유체 공급용 미세기포 발생 장치는, 양단부에 유체가 유입되는 유입구와 유체가 배출되는 배출구가 각각 형성되어 있는 원통형의 외부 케이스; 상기 외부 케이스의 내주면에 외부 케이스의 내측으로 돌출되게 형성되며, 외부 케이스의 축방향을 따라 나선형으로 형성되는 케이스 돌기; 및, 상기 외부 케이스의 내부에 설치되는 원통형의 축체와, 상기 축체의 외주면에 돌출되게 형성되며 상기 케이스 돌기와 나란하게 축체의 축방향을 따라 나선형으로 형성되어 상기 케이스 돌기와 일정한 간격을 갖는 복수의 축체 돌기를 포함하는 기포발생부;를 포함할 수 있다.

Description

유체 공급용 미세기포 발생 장치{Microbubbles Generator for Fluid Supply Apparatus}
본 발명은 유체 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선반이나 밀링머신 또는 연삭기계 등의 공작기계나 장치를 이용하여 공작물을 가공 또는 절삭할 때 가공의 효율을 높이기 위해 공작기계 또는 공구에 절삭유나 냉각유 등을 공급하는 분사노즐과 연결되어 공급되는 냉각유 등에 캐비테이션 및 코안다 효과를 유도하여 절삭 또는 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 유체 공급용 미세기포 발생 장치에 관한 것이다.
공작기계나 절삭기계 등을 이용하여 공작물을 가공하거나 절단할 때에는 공구와의 마찰로 인해 많은 열이 발생하게 되는데, 이러한 열은 공작물로부터 발생된 칩을 공구 끝단에 용착되거나 연삭숫돌의 표면에 용착되어 눈막음을 발생시켜 공구 등의 수명을 단축하기 때문에 통상 공작물을 절단하거나 가공할 때에는 공구의 날끝이나 공작물에 절삭유를 공급함으로써 마찰열에 의한 공구의 열화 등을 방지한다.
또한 이러한 공구나 공작물에 대한 냉각성능을 확보함과 동시에 공구의 수명을 더욱 높임으로써 운전비용을 줄이고, 아울러 칩의 용착을 최소화함으로써 더욱 정확한 치수로 공작물을 가공할 수 있도록 하는 절삭유 장치에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이러한 이유로 절삭유 공급라인에 미세기포 발생 장치를 설치하여 미세기포를 만들어서 절삭유에 공급하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1350135호에는 절삭유의 압력손실을 줄일 수 있고, 미세기포의 발생 효율이 높으며, 마모 및 소음 발생을 방지하기 위한 구조의 절삭유용 미세기포 발생 장치가 개시되어 있다.
상기한 등록특허의 미세기포 발생 장치는, 원통 형상의 본체(외부 케이스) 내부에 형성된 유로에 설치되는 축체의 외주면에 마름모 형상으로 이루어진 다수 개의 돌기가 형성되고, 상기 돌기가 일정 간격을 두고 본체의 길이방향을 따라 나선 방향으로 형성되어, 본체에 공급된 절삭유가 다수 개의 돌기에 의해 나선형상으로 안내되면서 돌기와 접촉되고, 그 결과 절삭유의 내부에 무수한 미세기포가 형성될 수 있게 한 것이다.
그러나, 상기한 등록특허의 미세기포 발생 장치를 비롯한 종래의 미세기포 발생 장치는, 본체 내로 유입된 유체 중 일부가 축체의 외면에 형성된 돌기를 따라 흐리지 못하고 본체의 내면을 따라 직선형으로 흘러간 후 그대로 배출되어 미세기포 발생 성능이 저하되는 문제가 있다.
한국 등록특허 제10-1350135호 한국 공개특허 제2003-0093374호 일본 공개특허 제2004-033962호 한국 등록특허 제10-1319267호
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 원통형의 외부 케이스 내로 유입된 유체의 일부가 외부 케이스의 내면을 따라 직선형으로 흐르지 않고 외부 케이스 내로 유입된 모든 유체가 외부 케이스와 축체 사이에서 나선형으로 흐르도록 함으로써 미세기포 발생 효율을 향상시킬 수 있는 유체 공급용 미세기포 발생 장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체 공급용 미세기포 발생 장치는, 양단부에 유체가 유입되는 유입구와 유체가 배출되는 배출구가 각각 형성되어 있는 원통형의 외부 케이스; 상기 외부 케이스의 내주면에 외부 케이스의 내측으로 돌출되게 형성되며, 외부 케이스의 축방향을 따라 나선형으로 형성되는 케이스 돌기; 및, 상기 외부 케이스의 내부에 설치되는 원통형의 축체와, 상기 축체의 외주면에 돌출되게 형성되며 상기 케이스 돌기와 나란하게 축체의 축방향을 따라 나선형으로 형성되어 상기 케이스 돌기와 일정한 간격을 갖는 복수의 축체 돌기를 포함하는 기포발생부;를 포함할 수 있다.
상기 케이스 돌기는 복수개로 분할되어 상기 외부 케이스의 내주면에 나선형으로 일정 간격으로 배열될 수 있다.
상기 케이스 돌기와 축체 돌기는 마름모 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 한 형태에 따른 유체 공급용 미세기포 발생 장치는, 상기 기포발생부의 전방에 배치되며, 상기 외부 케이스의 유입구를 통해 유입된 유체가 프로펠러 형태의 날개부를 따라 회전하면서 유동하도록 하는 회전유도부를 더 포함할 수 있다.
또한 유체 공급용 미세기포 발생 장치는, 상기 기포발생부의 후단부에 후방으로 뾰족한 원추 형태로 돌출되어 기포발생부를 통해 토출되는 유체를 배출구 쪽으로 유도하는 토출가이드부를 더 포함할 수 있다.
또한 유체 공급용 미세기포 발생 장치는, 상기 외부 케이스의 전단부 또는 후단부에 내측으로 돌출되게 형성되어, 상기 기포발생부가 외부 케이스 내부로 삽입되어 설치될 때 기포발생부의 전단부 또는 후단부와 접촉하면서 외부 케이스에 대한 기포발생부의 정확한 설치 위치를 결정하는 위치결정돌기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 외부 케이스의 내주면에 기포발생부의 축체 돌기와 대응하여 유로를 형성하는 복수의 케이스 돌기가 반경방향 내측으로 돌출되게 형성되어 있으므로, 외부 케이스 내측으로 유입된 유체가 외부 케이스의 내주면을 따라 일직선으로 흘러가서 배출되지 않고 케이스 돌기에 부딪히면서 케이스 돌기 및 축체 돌기 사이의 유로를 통해 나선형 또는 지그재그로 유동하여 미세기포 발생량을 기존보다 현저하게 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 공급용 미세기포 발생 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 유체 공급용 미세기포 발생 장치의 일부 구성요소들을 분해하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 유체 공급용 미세기포 발생 장치의 구성요소들을 결합하여 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 공급용 미세기포 발생 장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 유체 공급용 미세기포 발생 장치의 일부 구성요소들을 분해하여 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 유체 공급용 미세기포 발생 장치의 구성요소들을 결합하여 나타낸 단면도이다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 유체 공급용 미세기포 발생 장치에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
또한 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 공급용 미세기포 발생 장치는, 원통형의 외부 케이스(100)와, 외부 케이스(100) 내부에 돌출되게 형성되며 외부 케이스(100)의 축방향을 따라 나선형으로 연장된 케이스 돌기(110), 외부 케이스(100)의 유입구(121) 후방에 배치되는 회전유도부(300), 회전유도부(300)의 후방에 배치되는 축체(210)와 상기 축체(210)의 외면에 돌출 형성된 복수의 축체 돌기(220)를 포함하는 기포발생부(200), 및 기포발생부(200)의 후단부에 형성된 토출가이드부(250)를 포함한다.
외부 케이스(100)는 원통형의 중공관 형태로 된 것으로, 전단부에 절삭유와 같은 유체를 공급하는 공급원과 연결되는 유입측 소켓(120)이 결합되고, 후단부에 유체가 배출되는 배출측 소켓(130)이 결합된다. 유입측 소켓(120)과 배출측 소켓(130)은 외부 케이스(100)와 개별체로 제작된 후 외부 케이스(100)의 양단부에 결합될 수 있지만, 유입측 소켓(120) 및/또는 배출측 소켓(130)이 외부 케이스(100)에 일체로 형성될 수도 있을 것이다.
유입측 소켓(120)의 내부 통로는 유체가 유입되는 유입구(121)로서, 유입구(121)는 전방에서 후방으로 갈수록 직경이 증가하는 테이퍼진 형태를 가질 수 있다. 유입측 소켓(120)의 외주면 또는 내주면에는 외부 케이스(100)의 전단부의 내주면 또는 외주면에 형성되는 나사산과 나선 결합하는 나사산이 형성되어 유입측 소켓(120)을 외부 케이스(100)에 대해 돌려서 결합하거나 분리할 수 있다. 물론 이외에도 공지의 다양한 결합 방식으로 유입측 소켓(120)을 외부 케이스(100)에 대해 결합시킬 수 있다.
배출측 소켓(130) 또한 유입측 소켓(120)과 동일 또는 유사한 방식으로 외부 케이스(100)의 후단부에 착탈 가능하게 결합시킬 수 있다. 배출측 소켓(130)의 내부 통로는 유체가 토출되는 배출구(131)를 이루게 된다. 상기 배출구(131)는 원추형으로 된 토출가이드부(250)와 대체로 일정한 간격을 유지하도록 토출가이드부(250)의 외면과 대응하는 경사각으로 테이퍼진 원추 형태를 가질 수 있다.
외부 케이스(100)는 직경이 일정한 원통관 형태를 가지며, 내주면에는 외부 케이스(100)의 내측으로 돌출된 케이스 돌기(110)가 축방향을 따라 나선형의 궤적으로 연장되게 형성된다. 케이스 돌기(110)는 외부 케이스(100)의 내주면에 나선형으로 1열로 배열될 수 있지만, 이와 다르게 복수의 열로 배열될 수도 있다.
기포발생부(200)는 원통형으로 되어 외부 케이스(100) 내부에 동축상으로 설치되는 축체(210)와, 상기 축체(210)의 외주면에 돌출되게 형성된 복수의 축체 돌기(220)를 포함한다. 축체 돌기(220)는 상기 케이스 돌기(110)와 나란하게 축체(210)의 외주면에 축방향을 따라 나선형으로 일정 간격으로 배열되어 기포발생부(200)가 외부 케이스(100) 내부로 삽입되었을 때 축체 돌기(220)가 케이스 돌기(110)와 일정한 간격을 가지면서 케이스 돌기(110)와 함께 외부 케이스(100)의 축방향을 따라 나선형으로 배열된다. 축체 돌기(220)는 축체(210)의 외주면에 나선형으로 1열로 배열될 수 있지만, 복수의 열로 배열될 수도 있다.
케이스 돌기(110)와 축체 돌기(220)는 회전유도부(300)를 통과한 유체가 케이스 돌기(110)와 축체 돌기(220) 사이의 유로를 통과하여 나선 방향으로 유동하면서 케이스 돌기(110)와 축체 돌기(220)에 부딪혀 미세기포가 발생하도록 함과 동시에 하류측(후방부)으로 갈수록 유속이 빨라져 코안다 효과를 극대화함으로써 미세기포 발생량을 증가시키고, 이로써 가공 대상물의 온도 저감 및 윤활성 등의 효과를 극대화할 수 있는 형태 및 배열 구조를 갖는다.
축체 돌기(220)는 대체로 마름모 형상을 가질 수 있으며, 그 크기 또한 일정하게 형성될 수 있지만, 이외에도 다양한 형태와 크기로 형성될 수 있다.
상기 케이스 돌기(110)와 축체 돌기(220)는 서로 나란한 나선형으로 형성되므로, 외부 케이스(100)의 내부로 축체(210)를 삽입하여 결합할 때 축체(210)의 일단부에 배치된 축체 돌기(220)를 외부 케이스(100)의 일단부에 배치된 케이스 돌기(110)에 맞추고 외부 케이스(100)에 대해 축체(210)를 상대 회전시키면, 축체 돌기(220)와 케이스 돌기(110)가 나선 결합 방식으로 결합되면서 축체(210)가 외부 케이스(100) 내부로 삽입되어 결합될 수 있다.
이 때, 외부 케이스(100)에 대해 기포발생부(200)가 정해진 위치에 정확하게 설치될 수 있도록 하기 위하여, 외부 케이스(100)의 전단부 또는 후단부에 기포발생부(200)의 후단부 또는 회전유도부(300)의 전단부와 접촉하는 위치결정돌기(115)가 내측으로 돌출되게 형성되어, 기포발생부(200)가 외부 케이스(100)의 일단부를 통해 내부로 삽입되어 설치될 때 기포발생부(200)의 후단부 또는 회전유도부(300)의 전단부가 위치결정돌기(115)와 접촉하면서 기포발생부(200)가 외부 케이스(100)에 대해 정확한 설치 위치에 설치될 수 있다. 위치결정돌기(115)는 외부 케이스(100)의 전단부에 결합되는 유입측 소켓(120) 또는 외부 케이스(100)의 후단부에 결합되는 배출측 소켓(130)에 형성될 수도 있다.
한편, 기포발생부(200)의 전방에는 외부 케이스(100)의 유입구(121)를 통해 유입된 유체에 회전력을 부여하여 캐비테이션 현상을 유도하는 회전유도부(300)가 설치된다. 회전유도부(300)는 원통형의 허브(310)와, 허브(310)의 둘레를 따라 나선형으로 비틀린 프로펠러 형태로 된 복수의 날개부(320)를 포함한다.
또한 캐비테이션 현상에 의한 미세기포 발생량을 증가시키기 위하여 상기 회전유도부(300)의 허브의 전방면은 후방으로 오목한 홈 형태로 형성될 수 있다. 허브(310)는 기포발생부(200)의 축체(210)와 개별체로 제작된 후 용접 또는 나사 등의 체결수단에 의해 축체(210)와 결합될 수 있지만, 이와 다르게 일체로 성형되어 제작될 수도 있을 것이다.
상기 날개부(320)는 원통형의 허브(310)의 둘레를 따라 프로펠러 형태로 형성되며, 날개부(320)에 의해 유체에 회전력이 부여되고, 날개부(320)의 후단부에서 캐비테이션(bubble cavitation) 현상에 의한 미세 기포가 발생하게 된다. 캐비테이션 현상을 통해 발생된 미세 기포는 가공 대상물 표면으로 공급되어 가공 대상물 표면에 미세 진동을 발생하여 가공 대상물 표면에 생성되는 이물질을 제거하도록 하며 가공 대상물의 윤활성을 향상시킨다.
기포발생부(200)의 후단부에는 원추형으로 된 토출가이드부(250)가 형성될 수 있다. 토출가이드부(250)는 기포발생부(200)의 축체(210)의 후단부에 후방으로 뾰족한 원추 형태로 돌출되어 기포발생부(200)를 통해 토출되는 유체를 외부 케이스(100)의 배출구(131) 쪽으로 유도하는 작용을 한다. 토출가이드부(250)는 배출측 소켓(130)에 원추형으로 형성되어 있는 배출구(131) 내측에 삽입되어 배출구(131)의 내면과 소정의 간격을 유지하면서 미세기포가 함유된 유체의 흐름이 자연스럽게 안내되어 유체의 토출 과정에서 저항을 최소화한다.
이러한 구성으로 이루어진 유체 공급용 미세기포 발생 장치는 다음과 같이 작동한다.
유체(예를 들어 절삭유)를 소정의 압력으로 공급하는 유체공급원으로부터 공급되는 유체는 유입측 소켓(120)의 유입구(121)를 통해 외부 케이스(100) 내측으로 유입된다.
유입구(121)를 통해 유입된 유체는 회전유도부(300)에 나선형으로 형성된 날개부(320)를 통과하면서 강한 회전력이 부여된다.
회전유도부(300)를 통과한 유체를 외부 케이스(100)의 내주면과 기포발생부(200)의 축체(210) 사이에 형성되어 있는 케이스 돌기(110) 및 축체 돌기(220) 사이의 유로를 따라 나선형으로 유동하게 된다. 이 때 유체가 케이스 돌기(110) 및 축체 돌기(220)에 부딪히면서 유체 간의 강한 충돌 및 난류가 발생되게 되며, 캐비테이션 효과, 충격파 발생, 코안다 효과 등을 통해 유체 분자 클러스터의 구조, 크기 등의 변화가 이루어지며 함유하고 있는 공기 또는 산소와의 반응성을 높일 뿐만 아니라 공기 또는 산소의 분산 효과도 증대되어 다량의 미세기포가 발생하게 된다.
기포발생부(200)를 통과하면서 다량의 미세기포가 함유된 유체는 토출가이드부(250) 및 배출구(131) 사이의 유로를 통해서 배출된 후 가공 대상물에 고압으로 분사된다. 이와 같이 가공 대상물로 분사되는 유체에 다량의 미세기포가 함유됨으로써 온도 저감 및 윤활성 등의 효과를 극대화할 수 있다.
특히 본 발명의 미세기포 발생 장치는 외부 케이스(100)의 내주면에 반경방향 내측으로 돌출된 케이스 돌기(110)가 나선형으로 연장되어 있기 때문에 회전유도부(300)를 통과한 유체가 외부 케이스(100)의 내주면을 따라 일직선으로 흘러가서 배출되지 않고 케이스 돌기(110)에 의해서 나선형으로 유동하여 미세기포 발생량을 기존보다 현저하게 증가시킬 수 있다.
전술한 실시예에서 외부 케이스(100)의 케이스 돌기(110)는 외부 케이스(100)의 내주면에 축방향을 따라 나선형으로 일체로 연장되게 형성되지만, 도 4 내지 도 6에 도시한 두번째 실시예와 같이 케이스 돌기(110)가 나선형 궤적을 따라 복수개로 분할되어 외부 케이스(100)의 내주면에 나선형으로 일정 간격으로 배열될 수 있다. 이러한 케이스 돌기(110)는 외부 케이스(100)의 내주면에 나선형으로 1열로 배열될 수 있지만, 이와 다르게 복수의 열로 배열될 수 있다.
그리고 케이스 돌기(110)와 축체 돌기(220)는 각각 외부 케이스(100)와 축체(210)의 둘레를 따라 동일선상 및 동일 방향으로 배치되거나, 서로 직각을 이루면서 배치될 수 있다.
이와 같이 케이스 돌기(110)가 복수로 분할되어 나선형으로 배열되는 경우, 유체가 케이스 돌기(110)와 축체 돌기(220) 사이의 유로를 따라 나선형 또는 지그재그로 유동하면서 다량의 미세기포가 발생할 수 있게 된다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 외부 케이스 110 : 케이스 돌기
115 : 위치결정돌기 120 : 유입측 소켓
121 : 유입구 130 : 배출측 소켓
131 : 배출구 200 : 기포발생부
210 : 축체 220 : 축체 돌기
250 : 토출가이드부 300 : 회전유도부
310 : 허브 320 : 날개부

Claims (6)

  1. 양단부에 유체가 유입되는 유입구와 유체가 배출되는 배출구가 각각 형성되어 있는 원통형의 외부 케이스;
    상기 외부 케이스의 내주면에 외부 케이스의 내측으로 돌출되게 형성되며, 외부 케이스의 축방향을 따라 나선형으로 형성되는 케이스 돌기;
    상기 외부 케이스의 내부에 설치되는 원통형의 축체와, 상기 축체의 외주면에 돌출되게 형성되며 상기 케이스 돌기와 나란하게 축체의 축방향을 따라 나선형으로 형성되어 상기 케이스 돌기와 일정한 간격을 갖는 복수의 축체 돌기를 포함하는 기포발생부; 및,
    상기 외부 케이스의 전단부 또는 후단부에 내측으로 돌출되게 형성되어, 상기 기포발생부가 외부 케이스 내부로 삽입되어 설치될 때 기포발생부의 전단부 또는 후단부와 접촉하면서 외부 케이스에 대한 기포발생부의 정확한 설치 위치를 결정하는 위치결정돌기;
    를 포함하고,
    상기 케이스 돌기는 복수개로 분할되어 상기 외부 케이스의 내주면에 축방향을 따라 나선형으로 일정 간격으로 배열되며, 상기 축체 돌기가 케이스 돌기와 일정한 간격을 가지면서 케이스 돌기와 함께 외부 케이스의 축방향을 따라 나선형으로 배열되고,
    상기 케이스 돌기와 축체 돌기는 마름모 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 유체 공급용 미세기포 발생 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 기포발생부의 전방에 배치되며, 상기 외부 케이스의 유입구를 통해 유입된 유체가 프로펠러 형태의 날개부를 따라 회전하면서 유동하도록 하는 회전유도부를 더 포함하는 유체 공급용 미세기포 발생 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기포발생부의 후단부에 후방으로 뾰족한 원추 형태로 돌출되어 기포발생부를 통해 토출되는 유체를 배출구 쪽으로 유도하는 토출가이드부를 더 포함하는 유체 공급용 미세기포 발생 장치.
  6. 삭제
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