CN102484900B - 电加热窗 - Google Patents

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Abstract

一种电加热窗，包括至少两层玻璃窗材料；至少一层夹层材料；贴附于膜的至少一条导电通路的格栅；以及用于给格栅供应电流以便加热窗的电连接装置；其中该至少一层夹层材料、格栅和膜被层合于该至少两层玻璃窗材料之间。

Description

电加热窗
技术领域
本发明涉及电加热窗，尤其是包含贴附于膜的至少一条导电通路的格栅的层合电加热窗，其制造方法及其应用。本发明还涉及结合了所述电加热窗的交通工具。
背景技术
电加热窗通常用作交通工具的挡风玻璃或后灯以便能够在寒冷和/或潮湿的天气条件下为车窗除雾或除霜。对于用作交通工具的挡风玻璃的窗，电加热装置一般地被设置为纤细(具有小于30微米的直径)的、间距小(丝线到丝线的距离为1mm-3mm)的丝线阵列。虽然在该阵列中的丝线一般是平行的，但是每根丝线通常被设置为波浪形的，例如，正弦波的皱褶、螺旋形、锯齿形或随机图形，以在交通工具驾驶员通过车窗观看物体时避免炫目和偏振效应。
加热功能在传统上通过将钨加热元件并入层合板(如EP 0 788 294所描述的)或者通过包含导电涂层(例如，溅射于内部玻璃表面上，如WO 00/76930所描述的，或者在分离的塑料(PET)衬底上)来提供。钨丝型产品具有丝线可见的缺点，丝线可见能够分散交通工具驾驶员的注意力，尤其是如果车窗的某些部分(例如，挡风玻璃中与汽车的A柱相邻的部分)不包含钨丝，并且因此某些原始设备制造商不喜欢现有的丝线型产品。涂层加热型产品通常由于导电涂层的薄层电阻率而需要大于标准的12.0/13.0伏的电源电压(例如，42伏)，以便获得足以对挡风玻璃除霜的功率密度。
因此，有必要提供在通过现有的钨丝型加热窗所呈现出的可见性问题方面有所改进的电加热窗。还希望提供这样的电加热窗，即该电加热窗满足法定的透光率要求，能够精细调整以适合特定的电源(标称为12/13.0伏)，提供耐用产品(性能保证)，降低所不希望的对交通工具内部的加热(通过提供阳光控制性能)并且允许简单地并入诸如刮水除冰器、加热的相机窗口和费用传感器之类的设备。
发明内容
根据本发明的第一方面，本发明提供了一种电加热窗，包括：
至少两层玻璃窗材料(glazing material)；
至少一层夹层材料；
贴附于膜的至少一条导电通路的格栅；以及
电连接装置，用于给所述格栅供应电流以便加热所述窗；
其中所述至少一层夹层材料、所述格栅和所述膜被层合于所述至少两层玻璃窗材料之间。
应当理解，在本发明中，“格栅”意指基于例如正方形、矩形、三角形、六边形和/或菱形单元的至少一条交叉或平行的导电通路的框架。该至少一条同乐路可以是任意适合的形状，例如笔直的、弯曲的或正弦波形的。该布局是有利的，因为它使格栅能够与玻璃窗材料层一起共同延伸地更容易地起作用。在现有的钨丝型加热窗中，窗的形状可能不允许同样长度的钨丝并入整个窗中，例如，在挡风玻璃中与汽车的A柱相邻的部分中。这能够由于具有不同长度的丝线的电阻之间的差异而影响所获得的局部功率密度。这产生了非恒温的区域，被称为热点。由于以下两个原因，非常不希望在窗中存在一个或多个热点：首先，存在着其中安装有此类窗的交通工具的乘员可能会在该一个或多个热点的区域内触摸窗，从而导致受伤的危险；以及其次，存在着在热点的区域内的窗局部分层的危险。这会导致窗具有降低的或零可见度的区域。
格栅的使用解决了该问题，因为它有效地形成了电阻薄片，电阻薄片使得能够在例如挡风玻璃的相对边缘处的电连接装置之间实现近似相等长度的电流通路。
优选地，格栅是正方形或矩形单元的框架。
格栅可以基本上共同延伸于两层玻璃窗材料之内。
该至少一条导电通路可以用通常选自银、铜、金或铝的材料来制造。其它具有典型小于8×10-8的低电阻率的金属可以是适合的，使得它们能够在保持足够的可见度的同时提供必要的0.1-1.0欧姆/平方(ohm-square)的薄层电阻。优选地，该至少一条导电通路是银的。
该膜可以是聚合物膜。聚合物膜可以选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、交联聚乙烯(PEX)、聚苯醚(PPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚乳酸(PLA)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺(PA)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)、聚酯(PEs)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲醛(POM)、聚砜(PES)、苯乙烯-丙烯腈(SAN)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)和苯乙烯马来酸酐膜。优选地，聚合物膜为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。
该膜可以具有小于200微米的厚度，优选地为小于100微米，更优选地为小于75微米，还要更优选地为小于50微米，以及最优选地为小于30微米。较薄的膜能够是有利的，因为膜越厚，层合成复杂的形状就将会越可能导致该膜起皱。
夹层材料可以选自聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)及其它聚合物夹层。
窗可以呈现出至少70％的透光率、优选地为至少75％，例如，对于挡风玻璃。窗可以呈现出小于57％的透光率，例如，对于车体玻璃(bodyglass)。
窗可以呈现出小于7％的雾度，优选地为小于6％，更优选地为小于5％。
窗可以呈现出典型为0.1-1.0欧姆/平方(ohm/square)的电阻。这是有利的，因为该电阻能够被精细调整以满足所需的功率密度(用于除雾或除霜功能)，例如，在许多交通工具中所使用的12.0-13.0伏的电压源。
所述电连接装置可以包括至少两根母线。该至少两根母线可以层合于该至少两层玻璃窗材料之间。
所述电连接装置还可以包括与该至少两根母线中的至少一根连接的电连接器。
要将所述格栅连接至电源，必要的是获得良好的机械的及电的界面。这能够使用传统的铜母线(已经应用于丝线加热型层合板中)来实现。该母线并入可以通过将母线胶合至所述至少两层玻璃窗材料之一来实现。
至少一根母线可以用焊料来涂敷。以焊料来涂敷母线是有利的，因为焊料将使格栅具有良好的电接触。焊料可以是(具有助熔剂的)含银焊料。该焊料将使格栅具有良好的电界面。焊料可以具有低熔点(＜140℃)，使得焊料流动以在层合过程中形成焊接接头(关于安全母线，请参见EP 1 110 431)。
至少一根母线可以是皱褶的或者具有凸起的区域。这种布局是有利的，因为它给出了与格栅的改进的“压力”接触点。
至少一根母线可以用导电粘合剂来涂敷。该母线能够被“胶合”到格栅和膜上。这种布局提供了良好的电接触和足够大的粘结强度，以便在窗的组装期间使母线在格栅和膜上保持于原位。
作为选择，至少一根母线可以是印制的银母线，印制的银母线可以在内部层合表面处被合并到所述至少两层玻璃窗材料中的一层之上，以促使与在组装时贴附于所述膜的格栅的机械接触。
贴附于所述膜的格栅还可以包括至少一种电导体(例如，铜和/或镍)的涂层。该涂层能够是有利的，因为它能够由于其反射性质而提高窗的阳光控制性能。至少一根皱褶的母线能够被使用以允许在所述至少一根母线上的凸起点，以便在层合时穿过涂层。这种布局提高了在格栅与该至少一根母线之间的界面的质量。
这种在格栅上的涂层能够通过机械(利用磨蚀)或化学方式来去除。该涂层的去除提高了在格栅与该至少两根母线之间的界面的质量。
该格栅可以具有在与至少一根母线相邻的区域内的至少一条导电通路的增加的表面积。这种布局提高了在格栅与该至少一根母线之间的界面的质量。
格栅可以具有在与至少一根母线相邻的区域内的至少一条导电通路的增加的厚度。应当理解，在本文中，“厚度”意指该至少一条导电通路距离聚合物膜的连接表面的高度。这种布局通过提高可焊性来提高在格栅与至少一根母线之间的界面的质量。在不与所述至少一根母线相邻的区域内的至少一条导电通路的厚度可以为2-30微米，优选地为3-20微米，更优选地为4-15微米，还要更优选地为5-13微米，最优选地为6-12微米。在与所述至少一根母线相邻的区域内的至少一条导电通路的厚度可以为至少2微米，优选地为至少10微米，更优选地为至少20微米，更加优选地为至少30微米，还要更加优选地为至少40微米。
当格栅包含正方形或矩形单元的框架时，所述至少一条导电通路可以按照第一方向(“垂直”通路)或者按照第二方向(“水平”通路)来排布。
在某些实施例中，格栅可以包括比水平通路多的垂直通路。具有更少通路的格栅布局是有利的，因为它增加了通过窗的透光率。同样有利的是保留某些水平通路，以便在某些垂直通路损坏时充当可替代的电流通路。
在相邻的垂直通路之间的和/或在相邻的水平通路之间的距离可以是至少100微米，优选地为至少300微米，更优选地为至少500微米，更加优选地为至少1000微米，还要更优选地为至少1500微米，最优选地为至少2000微米。增加相邻的垂直通路之间的和/或相邻的水平通路之间的距离会增大“开阔区域”(即，不包含导电通路的窗的截面部分)，从而允许更大的透光率。要降低在产品的加热期间的任何光学畸变(例如，闪烁畸变)，优选的是具有相邻的垂直通路为大约2.0mm(2000微米)的最小间距。
所述至少一条导电通路的宽度可以小于50微米，优选地小于25微米，更优选地小于17微米，还有更优选地小于15微米，以及最优选地小于13微米。有利的是通路的宽度变得更小以便提高透光率。
窗还可以包括层合于另两层玻璃窗材料之间的附加膜，其中该附加膜包括能够至少部分反射光的涂层。这样的膜能够是有利的，因为许多窗(例如，某些车窗)需要提高的阳光控制性能以减少对交通工具内部的所不希望的加热。能够至少部分反射光的所述涂层可以是金属的。
作为选择，贴附于至少一条导电通路的格栅的膜在相对的表面上还可以包括能够至少部分反射光的涂层。这种布局是有利的，因为它降低了窗的组装复杂度。作为选择或除此之外，能够至少部分反射光的涂层可以位于贴附于格栅的膜的同一表面上。
格栅还可以包括在一条或多条导电通路内的一个或多个空隙(gap)。格栅的各部分可以通过合适的方法来删除，例如，机械磨蚀、激光删除和/或化学删除。格栅设计的此类修改能够是有利的，以便允许例如为刮水除冰器、加热的相机窗口定做分离的电路功能，以及防止对某些设备(例如，费用传感器和雨水传感器)的电磁干扰。作为选择，格栅可以被制造成多个部分被删除的新格栅，以避免需要删除过程。窗还可以包括刮水除冰器、加热的相机窗口、费用传感器和雨水传感器中的一个或多个。
根据本发明的另一方面，本发明提供了一种制造电加热窗的方法，包括：
将至少一层夹层材料以及贴附于膜的至少一条导电通路的格栅层合于至少两层玻璃窗材料之间，以及
提供用于为了加热窗而给所述格栅供应电流的电连接装置。
根据本发明的另一方面，本发明提供了根据本发明的电加热窗在交通工具中的应用，例如汽车、货车、卡车、公共汽车、长途汽车、机车、飞行器、舟艇或舰船。
根据本发明的另一方面，本发明提供了合并了根据本发明的至少一个电加热窗的交通工具。
应当意识到，可应用于本发明的某一方面的任选特征能够按照任意组合以及以任何数量来使用。而且，它们还能够按照任意组合以及以任何数量应用于本发明的任意其它方面。这包括，但不限于，任何被用作在本申请的权利要求书中的任何其它权利要求的从属权利要求的权利要求的从属权利要求。
附图说明
本发明的实施例现在将在此仅以实例的方式参照附图来描述：
图1示出了根据现有技术的具有无丝线区域的丝线加热型窗的平面示意图；
图2示出了图1所示的丝线加热型窗的侧边区域的截面示意图；
图3示出了图1中的窗的平面示意图，用于示出母线分离；
图4示出了根据本发明的一种实施例的电加热窗的截面示意图；
图5示出了图4中的窗的平面示意图；
图6示出了贴附于PET膜的银格栅的平面示意图(突出格栅尺寸)；
图7示出了贴附于PET膜的银格栅的平面示意图(突出16微米的通路宽度)；
图8示出了贴附于PET膜的银格栅的平面示意图(突出12微米的通路宽度)；
图9示出了贴附于PET膜的银格栅的通路的截面的示意图；
图10示出了未修改的格栅(左侧)的以及在特定的区域内具有增加的通路表面面积的格栅(右侧)的平面示意图；
图11示出了具有未修改的通路(左侧)的以及具有增加厚度的通路(右侧)的贴附于PET膜的格栅的通路的截面示意图；
图12从最左边起示出了未修改的格栅、具有减少数量的水平通路的格栅、具有减小的通路宽度的格栅以及具有减小的水平通路宽度的格栅的平面示意图；
图13示出了在某些通路中具有空隙的格栅的平面示意图；
图14示出了在某些通路中具有空隙以便供加热式刮水器放置区电路使用的格栅的平面示意图；以及
图15示出了根据本发明的一种实施例的交通工具的透视图。
具体实施方式
图1是根据现有技术的丝线加热型窗的平面示意图。丝线加热型窗1在形状上一般是梯形的，并且包括纤细、紧密间隔的丝线阵列2，出于清晰起见图中只示出了该丝线2的一小部分。丝线阵列2由第一电连接装置(或母线)3和第二电连接装置(或母线)4限界。在阵列2中的丝线延伸于第一和第二电连接装置3、4之间。这些电连接装置3、4通过连接器5、6、7、8将该阵列连接至电源(没有示出)，连接器5、6、7、8可以是插塞式连接器或本领域已知的其它连接器。虚线9表示窗的***由遮蔽带所覆盖的范围。遮蔽带通常由定位于窗的内表面上的印刷的、烧结的黑色陶瓷墨来提供。遮蔽带的功能是两重的：首先是美观，因为它起着隐藏窗边缘以及覆盖用来将窗粘结于交通工具的粘合剂，以及在窗口四周的框架的效果；并且其次，它防止用来将窗粘结于交通工具的粘合剂由于暴露于太阳光中的紫外射线下而劣化。
无丝线区10由影线区域来表示，并且在本例中，被定位为与窗1的上边缘相邻(当安装于交通工具中时)。母线3被成形为使得界定无丝线区，从而允许数据信号通过窗口传输到定位于无丝线区附近的设备。在理想情况下，无丝线区10通过遮蔽带来隐藏。另外，窗1还设置有用于固定反射镜加持器(mirror boss)的区域11，以及用于固定传感器(例如，光或湿度传感器)的区域12。
图2是图1所示的丝线加热型窗的侧边区域的截面示意图。窗1包含第一层13和第二层14退火硅酸盐浮法玻璃，具有一层聚乙烯醇缩丁醛夹层材料15延伸并层合于其间。遮蔽带16被设置于窗1的外周周围，遮蔽着母线3之一。在窗1的侧面，在阵列2内的丝线平行于窗1的边缘。
图3是图1中的窗的平面示意图，用于示出母线分离。在图3中，出于清晰起见仅示出母线3、4和窗的总体形状。沿着窗1的上边缘布设、相邻于无丝线区10的母线3被成形为限定无丝线区，具有一些拐弯或角。在该实例中，沿着窗1的上边缘布设的母线3位于两部分中，由定位于窗1的中心的近似垂直镜面对称的线上的小裂口隔开。
在沿着窗1的上边缘布设的母线3与在窗1的边缘区域(它在窗被安装于交通工具内时将与“A”柱相邻)内的沿着窗的下边缘布设的母线4之间的间距以距离x来表示。在沿着窗1的上边缘布设的母线3与在中心沿着窗的下边缘布设的母线4之间的邻近无丝线区10的间距以距离y来表示。典型地，在窗1的中心的间距y比在窗1邻近“A”柱的边缘的间距x大10％。这导致具有与无丝线区的宽度相同的宽度的区域与窗的剩余部分相比由于电阻降低以及随之发生的在较短的丝线中所传输的电流的增加而具有升高的温度。由于无丝线区可以为高达300mm宽，因而该热点区也可以为至少300mm宽。
图4示出了根据本发明的一种实施例的电加热窗20的截面示意图。该实施例通过使用银格栅21来解决热点问题，该银格栅21防止个体通路的电阻变化，从而使热点的出现减到最少。银格栅有效地充当着导电薄片的作用，在该导电薄片中电流并不一定垂直流向母线。格栅能够被修改(通过以磨蚀、激光删除等手动地删除多个小部分)以防止局部热点形成。如同上述现有技术的窗一样，窗20在形状上一般是梯形的(没有示出)，具有两条相对的长边和两条相对的短边。格栅21被贴附于PET膜22，并且连接至两根镀锡铜母线23、24。格栅21、PET膜22和母线23、24通过使用PVB夹层27来层合于两层明净玻璃25、26之间。母线23、24被直接贴附于PVB夹层27以接触格栅21，或者能够直接连接至格栅本身(借助于焊接或导电粘合剂)。
图5示出了图4所示的电加热窗20的平面示意图。图5示出了窗20的总体梯形形状，出于清晰起见连同示出了银格栅21的一小部分。格栅21的通路具有6-12微米的厚度以及大约16微米的宽度。在相邻的垂直通路和/或相邻的水平通路之间的距离为280微米。PET膜22具有100微米的厚度。母线23、24为3-6mm宽以及0.03-0.08mm厚，镀锡的表面包含元素Sn或具有60∶40的Sn∶Pb比的合金。母线23、24可以是单片箔，或者可以由多片箔形成，与部分夹在其间的格栅21的通路叠加。典型地，该层PVB夹层材料27为0.76mm厚(两部分，每部分为0.38mm厚)，并且玻璃层为1.2-3.0mm厚的范围。
虽然本发明根据退火硅酸盐浮法玻璃来描述，但同样可以使用其它类型的玻璃或玻璃窗材料(例如，聚碳酸酯或塑料)来代替此类玻璃层。
母线23、24通过连接器来将格栅21连接至电源(没有示出)，该连接器可以是插塞式连接器或本领域已知的其它连接器。遮蔽带可以通过定位于窗的内表面上的印刷的、烧结的黑色陶瓷墨来提供。
为了良好的除霜性能，通常希望在整个窗上确保有500-600W/m2的均匀的功率密度。对于除雾，较低的功率密度(400W/m2)是可接受的。较高的功率密度(200-W/m2)能够用于刮水片区域的快速除霜。
图6示出了贴附于PET膜的银格栅的平面示意图，突出显示了格栅尺寸。在该特定的格栅中，相邻的垂直通路之间的以及相邻的水平通路之间的距离为280微米。
图7和8各自示出了贴附于PET膜的银格栅的平面示意图，其中格栅通路宽度分别为16微米和12微米。
图9示出了贴附于PET膜22的银格栅21的通路的截面的示意图。从图中可看出，在这种情况下，通路21的截面不是对称的，通常，通路的截面形状可以是允许电流流过通路的任意合适的形状。
图10示出了未修改的格栅21(左侧)的以及在特定的区域28内具有增加的通路表面面积的格栅21(右侧)的平面示意图。如上文所详细说明的，在与母线相邻的区域内具有增加的通路表面面积的格栅21改进了在格栅与母线之间的电的和机械的界面。
图11示出了具有未修改的通路29(左侧)的以及具有增加厚度的通路30(右侧)的贴附于PET膜22的格栅的通路的截面示意图。如上文所详细说明的，在母线界面区域增加通路的厚度(在PET的表面之上的高度)改进了在格栅与母线之间的界面并且提高了可焊性。
图12从最左边起示出了未修改的格栅31、具有减少数量的水平通路的格栅32、具有减小的通路宽度的格栅33以及具有减小的水平通路宽度的格栅34的平面示意图。如上文所详细说明的，减小个体通路的数量和/或通路的宽度是有利的，因为它提高了通过窗的透光率。
图13示出了在某些通路中具有空隙35的格栅21的平面示意图，该空隙35在某些实施例中是有利的，因为它允许使用加热的相机窗口、费用传感器等分离的电路功能。类似地，图14示出了格栅21的平面示意图，其在某些通路中具有空隙36以便允许供加热式刮水器放置区电路37使用。
图15示出了根据本发明的一种实施例的交通工具38的透视图。交通工具38合并了根据本发明的电加热窗39。

Claims (24)

1.一种电加热窗，包括：
至少两层玻璃窗材料；
至少一层夹层材料；
贴附于膜的至少一条导电通路的格栅；以及
电连接装置，用于给所述格栅供应电流以便加热所述窗；
其中所述至少一层夹层材料、所述格栅和所述膜被层合于所述至少两层玻璃窗材料之间，并且所述格栅还包括至少一种电导体的涂层。
2.根据权利要求1所述的电加热窗，其中所述格栅是正方形或矩形单元的框架。
3.根据权利要求1所述的电加热窗，其中所述至少一条导电通路用选自银、铜、金和铝构成的组中的材料来制造。
4.根据权利要求1所述的电加热窗，其中所述膜具有小于50微米的厚度。
5.根据权利要求1所述的电加热窗，其中所述窗呈现出至少70％的透光率。
6.根据权利要求1所述的电加热窗，其中所述窗呈现出至少75％的透光率。
7.根据权利要求1所述的电加热窗，其中所述电连接装置包括至少两根母线。
8.根据权利要求7所述的电加热窗，其中所述母线中的至少一根是皱褶的或者具有凸起的区域。
9.根据权利要求7所述的电加热窗，其中所述母线中的至少一根以导电粘合剂来涂敷。
10.根据权利要求1所述的电加热窗，其中所述电导体为铜和／或镍。
11.根据权利要求7到10中的任一权利要求所述的电加热窗，其中所述格栅在与至少一根母线相邻的区域内具有所述至少一条导电通路的增加的表面面积。
12.根据权利要求7到10中的任一权利要求所述的电加热窗，其中所述格栅在与至少一根母线相邻的区域内具有所述至少一条导电通路的增加的厚度。
13.根据权利要求7到10中的任一权利要求所述的电加热窗，其中在不与所述至少一根母线相邻的区域内的所述至少一条导电通路的厚度为5-13微米。
14.根据权利要求7到10中的任一权利要求所述的电加热窗，其中在与所述至少一根母线相邻的区域内的所述至少一条导电通路的厚度为至少20微米。
15.根据权利要求2到10中的任一权利要求所述的电加热窗，其中所述至少一条导电通路按照第一垂直通路方向或者按照第二水平通路方向来布置。
16.根据权利要求15所述的电加热窗，其中所述格栅包括比水平通路多的垂直通路。
17.根据权利要求15所述的电加热窗，其中在相邻的垂直通路之间的和／或在相邻的水平通路之间的距离为至少2000微米。
18.根据权利要求1到10中的任一权利要求所述的电加热窗，其中所述至少一条导电通路的宽度小于17微米。
19.根据权利要求1到10中的任一权利要求所述的电加热窗，其中所述窗还包括层合于所述至少两层玻璃窗材料之间的附加膜，其中所述附加膜包括能够至少部分地反射光的涂层。
20.根据权利要求1到10中的任一权利要求所述的电加热窗，其中贴附于至少一条导电通路的格栅的所述膜还包括能够至少部分地反射光的涂层。
21.根据权利要求1到10中的任一权利要求所述的电加热窗，其中所述格栅包括在所述导电通路中的一条或更多条导电通路中的一个或更多个空隙。
22.一种制造电加热窗的方法，包括：
将至少一层夹层材料以及贴附于膜的至少一条导电通路的格栅层合于至少两层玻璃窗材料之间，以及
提供向所述格栅供应电流以便加热所述窗的电连接装置，
其中所述格栅还包括至少一种电导体的涂层。
23.根据权利要求1到21中的任一权利要求所述的电加热窗在交通工具中的应用，所述交通工具为汽车、货车、卡车、公共汽车、长途汽车、机车、飞行器、舟艇或舰船。
24.一种交通工具，其合并了根据权利要求1到21中的任一权利要求所述的至少一个电加热窗。
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