(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋外の給気口と、室内の給気口とをスリーブ管によって接続する、自然換気口の消音構造であって、
前記スリーブ管内に設置する消音用管状体を有し、
前記消音用管状体は、
少なくとも一方の端部を閉止し、他方の端部付近に開口部を設け、
前記一方の端部から前記開口部の中心までの長さが前記スリーブ管の全長の略半分の長さを有し、
内部には多孔質材を配置し、
前記スリーブ管内に前記消音用管状体を、前記消音用管状体の開口部が前記スリーブ管の内部空間に向かって開口するように配置し、
前記消音用管状体の前記開口部の、前記スリーブ管の中央からの、前記スリーブ管の長手方向の長さに対するずれを４０％以内とすることを特徴とする、
自然換気口の消音構造。
【請求項２】
請求項１に記載の自然換気口の消音構造において、
前記消音用管状体の前記開口部は、前記他方の端部の長手方向端面に設けることを特徴とする、
自然換気口の消音構造。
【請求項３】
請求項１に記載の自然換気口の消音構造において、
前記消音用管状体の前記他方の端部を閉止し、前記開口部を前記他方の端部の側面に設けることを特徴とする、
自然換気口の消音構造。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の自然換気口の消音構造において、
前記消音用管状体は、
断面を前記スリーブ管の内周に沿う弓状とし、
前記開口部を長手方向端面または弦をなす面に設けることを特徴とする、
自然換気口の消音構造。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の自然換気口の消音構造において、
前記スリーブ管と前記室内の給気口との間に消音ダクトを設けることを特徴とする、自然換気口の消音構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然換気口の消音構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建築基準法の改正により２４時間換気システムの設置が義務化されたことにより、近年の住宅においては、自然換気のための換気口が取り付けられる。
一般的な自然換気口は、屋外側給気口のベントキャップ（フード）、スリーブ管（通気スリーブ）、および室内側給気口のレジスタによって構成する。（図１４）
このような構成の自然換気口において、スリーブ管は両端に開口を持つ共鳴管となるため、気柱共鳴と呼ばれる管状体特有の音波の共鳴現象が生じる。気柱共鳴が生じると、共鳴周波数において換気口内の音圧が増大し遮音性能が低下する。
【０００３】
このような問題を改善するために従来、次のような消音構造が開発されていた。
＜１＞２４時間換気給気口の外部ガラリに迷路状の吸音材を設置して消音する、外付け型防音ガラリ構造
＜２＞全熱交換器型の給気ダクト内に吸音材を巻いて消音する、グラスダクトフレキシブル消音構造
＜３＞２４時間換気給気口のスリーブ管内に吸音材付きの装置をはめ込んで消音する、スリーブ内蔵型サイレンサー構造
＜４＞外壁と内壁との間に消音ダクトを設ける、消音ダクト挿入型構造（特許文献１、２）
【０００４】
また、共鳴機構を利用した消音装置として、ヘルムホルツ共鳴器や管状体の共鳴器等が知られている。
とくに「片側開口−片側閉塞」の管状体を用いた共鳴器は、その長さが消音対象とする音波の波長の１／４程度（λ／４共鳴器）であることが特徴であり、多くの技術分野で使用されている。（特許文献３、４）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２８１５１５号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６４２２９号公報
【特許文献３】特開２０１４−５２５３９号公報
【特許文献４】特開平０６−１５９１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記した従来の消音構造や消音装置にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞通常、スリーブ管長は外壁厚に応じて変化し２００〜４００ｍｍ程度となる。このとき、スリーブ管に生じる気柱共鳴周波数は４００〜７００Ｈｚの範囲に表れ、換気口においてはこの気柱共鳴周波数を中心に１／３オクターブバンド幅以上の周波数帯域において大幅な遮音性能の欠損を生じる。（図１５）
＜２＞遮音性能の確保と、省スペース化を意図することによって、製品自体の寸法を小さくした製品が多い。そのために、吸音材を迷路状に配置して距離減衰や吸音面積を確保し、あるいは空気流入経路の気積を縮小するなどの処置がとられている。その結果、通気抵抗が増し、レンジフードの運転等による強制排気時には居室内外の圧力差が大きくなるため、玄関ドアやサッシの開閉が重くなる。
＜３＞以上のような、遮音性能確保と圧力差の解消という矛盾する２つの課題を満足することはできていない。特に直径が１５０Φの給気口に付属するものではＴ−４性能を確保するものが存在しない。
＜４＞上記問題を解消した消音ダクト挿入型構造（特許文献２）は、通気性能を損なうことなく、高い遮音性能を確保できるが、スリーブ管内で生じる気柱共鳴による遮音性能の欠損については、改善の余地がある。
＜５＞λ／４共鳴器は目標周波数の音を定めて消音させることが可能であるが、消音できる周波数帯域幅が小さいため、スリーブ管で生じている１／３オクターブバンド幅以上の周波数帯域での遮音性能の欠損をカバーすることができない。
＜６＞特許文献３におけるλ／４共鳴器の開口端に薄膜を貼り付ける構成は、共鳴周波数における吸音力を高めるためのものであり、吸音帯域幅を拡張するものではない。
＜７＞λ／４共鳴器は、その開口端をスリーブ管内の音圧振幅分布の腹部近傍に設置することが最も効果的であることは特許文献４にも記載されているが、実施例においては腹部近傍に設置することも、腹部の位置も明確に記載されておらず、実際に得られる効果は不明である。
＜８＞いずれの消音構造、消音装置においても、通気性能を確保し圧力損失を下げつつ、遮音性能を高めることについては配慮されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本願の第１発明は、屋外の給気口と、室内の給気口とをスリーブ管によって接続する、自然換気口の消音構造であって、前記スリーブ管内に設置する消音用管状体を有し、前記消音用管状体は、少なくとも一方の端部を閉止し、他方の端部付近に開口部を設け、前記一方の端部から前記開口部の中心までの長さが前記スリーブ管の全長の略半分の長さを有し、内部には多孔質材を配置し、前記スリーブ管内に前記消音用管状体を、前記消音用管状体の開口部が前記スリーブ管の内部空間に向かって開口するように配置し、前記消音用管状体の前記開口部の、前記スリーブ管の中央からの、前記スリーブ管の長手方向の長さに対するずれを４０％以内とすることを特徴とする、自然換気口の消音構造を提供する。
本願の第２発明は、第１発明の自然換気口の消音構造において、前記消音用管状体の前記開口部は、前記他方の端部の長手方向端面に設けることを特徴とする、自然換気口の消音構造を提供する。
本願の第３発明は、第１発明の自然換気口の消音構造において、前記消音用管状体の前記他方の端部を閉止し、前記開口部を前記他方の端部の側面に設けることを特徴とする、自然換気口の消音構造を提供する。
本願の第４発明は、第１発明乃至第３発明の何れかの自然換気口の消音構造において、前記消音用管状体は、断面を前記スリーブ管の内周に沿う弓状とし、前記開口部を長手方向端面または弦をなす面に設けることを特徴とする、自然換気口の消音構造を提供する。
本願の第５発明は、第１発明乃至第４発明の何れかの自然換気口の消音構造において、前記スリーブ管と前記室内の給気口との間に消音ダクトを設けることを特徴とする、自然換気口の消音構造を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞スリーブ管と消音用管状体との１次の固有振動数を一致させるとともに、スリーブ管と消音用管状体の音圧特性をずらすことにより、スリーブ管の気柱共鳴を弱めることができる。
＜２＞気柱共鳴を弱めることにより、遮音性能が向上する。
＜３＞スリーブ管端部や給気経路内の吸音処理ではなく、スリーブ管中央部に消音用管状体を配置するものであるため、通気性能を確保し圧力損失を下げつつ、遮音性能を高めることができる。
＜４＞消音用管状体内に吸音材を充填することにより、吸音帯域幅を拡張し、気柱共鳴によって遮音性能の欠損が生じる周波数帯域音を効率よく吸収することができる。
＜５＞消音用管状体の開口部の配置位置を明確にすることにより、効果的に遮音性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の自然換気口の消音構造の説明図
【図２】消音ダクトを有する本発明の自然換気口の消音構造の説明図
【図３】スリーブ管中の音圧振幅分布の概念図
【図４】消音用管状体の説明図
【図５】消音用管状体中の音圧振幅分布の概念図
【図６】スリーブ管と消音用管状体との配置の概念図と音圧振幅の概念図
【図７】消音用管状体の設置位置による遮音性能の違いを示す図（消音ダクト有り）
【図８】消音用管状体の設置位置を示す図
【図９】消音用管状体の占有率による遮音性能の違いを示す図（消音ダクト有り）
【図１０】消音用管状体の圧力損失特性を示す図（消音ダクト有り）
【図１１】吸音材の物性による遮音性能の違いを示す図（消音ダクト有り）
【図１２】その他実施例にかかる消音用管状体の説明図
【図１３】その他実施例にかかる自然換気口の消音構造の説明図
【図１４】一般的な自然換気口の説明図
【図１５】従来の自然換気口の遮音性能を示す図（消音ダクト有り）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１１】
＜１＞自然換気口の消音構造の構成。
本発明の自然換気口の消音構造は、屋外側給気口に設けるベントキャップ１と、室内側給気口に設けるレジスタ２と、ベントキャップ１とレジスタ２とを繋ぐスリーブ管３と、スリーブ管３内に配置する消音用管状体４と、からなる。（図１）
また、スリーブ管３とレジスタ２との間に、消音ダクト５を設けても良い。（図２）
【００１２】
＜２＞スリーブ管による気柱共鳴。
スリーブ管３によって生じる気柱共鳴による音波の固有振動数fnは次式で表される。
fn = n・c / 2L  [Hz]   (n=1,2,3,・・・・)……（１）
これに対応する音波の波長λnは（２）式のとおり表される。
λn = 2L/n  ……（２）
c：音速、L：スリーブ管長さ、n：次数（節数）
そして、遮音性能上特に問題となるのは、n=1のときの1次の固有振動、fn =c / 2L[Hz]、λn = 2L  の条件である。
このときの音圧振幅の分布は図３のように、スリーブ管３の長手方向中央部に音圧振幅の「腹」（音圧極大点）が生じる。
【００１３】
＜３＞消音用管状体。
本発明の消音用管状体４は、一方の端部側に開口部４１を有し、もう一方の端部は閉止端４２とした管体からなる。（図４ａ）
消音用管状体４は、金属、木材、樹脂等の、音波の共鳴現象が生じるに足る剛性および質量を備える材料により構成する。
消音用管状体４の断面形状は極端な扁平でない限り、円、楕円、方形、多角形等、任意の形状でよい。
また、消音用管状体４の管の長手方向についても、直線状であってもよいし、折れ曲がりがあってもよい。
【００１４】
＜４＞開口部
開口部４１は消音用管状体４の長さ方向の端面または側面の最端部に形成する。（図４ａ、ｂ）開口部４１を側面に形成する場合には、消音用管状体４は両端が閉止端４２となる。
開口部４１の面積は、消音用管状体４の断面積と略同一とする。
開口部４１の形状は、円、楕円、方形、多角形等、任意の形状でよい。
【００１５】
＜５＞消音用管状体の効果。
本発明では一方の端部側に開口部４１を有し、もう一方の端部は閉止端４２とした消音用管状体４をスリーブ管３内に配置する。
消音用管状体４は、開口部４１に音波が入射すると気柱共鳴が発生する。その固有振動数fm、波長λmは次のとおりに表される。
fm =c (2m-1)/ 4D    [Hz]   (m=1,2,3,・・・・)……（３）
λm = 4D/(2m-1)  ……（４）
但し、c：音速、D：消音用管状体の長さ（開口部中心から反対側の閉止端までの長さ）、m：次数（節数）
ここでm=1、すなわち、1次の固有振動は振動数fm =c / 4D  [Hz]、波長λm = 4Dとなり、その音圧振幅の分布は図５のように表され、消音用管状体４の開口端４１には、音圧振幅の「節」（音圧極小部）が生じる。
そして、スリーブ管３内の音場制御にあたっては、スリーブ管３と消音用管状体４との１次の固有振動数を一致させる。すなわち、消音用管状体４の長さ（開口部４１の中心から反対側の閉止端までの長さ）Dを制御対象とする音波の波長（λn＝λm）の約1/4相当、スリーブ管３の長さＬの約1/2とする。
消音用管状体４の設置位置は、開口部４１がスリーブ管３の長手方向の中央付近に位置するようにすることにより、スリーブ管３内の中央部の音圧の「腹」に消音用管状体４の開口部４１の「節」が近接する（図６）。この配置はスリーブ管３と消音用管状体４の音圧特性が一致しないように企図されたものであり、これにより、消音用管状体４の1次の共鳴を最も弱める効果を発揮する。
【００１６】
＜６＞消音用管状体の配置位置。
消音用管状体４は上記のとおり、開口部４１がスリーブ管３の長手方向の中央に位置することが最適である。
ただし、図７の結果に示す通り、図８のように開口部４１の、スリーブ管３の中央からの、スリーブ管３の長さＬに対するずれが最大４０％（０．４Ｌ）までは許容し、２７％（０．２７Ｌ）までが好適である。
このとき、消音用管状体４の開口部４１はスリーブ管３の内部空間に向かって開口していれば良く、開口部４１や消音用管状体４の方向は特定されない。
【００１７】
＜７＞消音用管状体の占有率。
消音用管状体４は、断面形状は問わないが、スリーブ管３の断面に対する消音用管状体４の占有率が高くなると、遮音性能は高まる（図９）が、通気経路が狭くなり、内外圧差が大きくなる。
そこで、図９の結果より消音用管状体のスリーブ管の断面積に対する占有率が２０〜２５％以上となるようにすれば遮音性能は確保できる。
占有率を２５％とした場合、図１０のようにスリーブ管３の大きさに関わらず、圧力損失特性に及ぼす影響が小さく、換気性能に及ぼす影響を最小限にとどめることができる。
【００１８】
＜８＞吸音材。
消音用管状体４の内部には吸音材６を全体に充填する。
吸音材６は、グラスウールやポリエステル吸音体等の多孔質材を用いる。
吸音材６は、流れ抵抗１６００Ns/m4程度（密度８ｋｇ／ｍ３程度）とすることにより、気柱共鳴によって遮音性能の欠損が生じる周波数帯域音を効率よく吸収することができる（図１１）。
【００１９】
＜９＞その他実施例。
消音用管状体４は断面形状を、弓の弧をスリーブ管３の内周に沿わせた弓状としてもよい。このとき、開口部４１は端面または弦をなす面に形成する（図１２）。開口部４１を弦をなす面に形成する場合には、開口部４１を設けた側の端面も閉止される。
そして、消音用管状体４は、開口部４１が上記＜６＞の条件に当てはまるように配置するが、閉止端４２をベントキャップ１側の端部に合わせることで、屋外からスリーブ管３内へ浸入する雨水の流入を防止する止水板としての機能を持たせることができる。（図１３）
【符号の説明】
【００２０】
１    ベントキャップ
２    レジスタ
３    スリーブ管
４    消音用管状体
４１  開口端
４２  閉止端
５    消音ダクト
６    吸音材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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